Les plastiques à haute conductivité thermique montrent des talents extraordinaires dans les inductances de transformateur, la dissipation thermique des composants électroniques, les câbles spéciaux, les emballages électroniques, l'enrobage thermique et d'autres domaines pour leurs bonnes performances de traitement, leur prix bas et leur excellente conductivité thermique.Les plastiques à haute conductivité thermique avec du graphène comme charge peuvent répondre aux exigences du développement d'assemblages à haute densité et à haute intégration dans la gestion thermique et l'industrie électronique.

Les plastiques thermoconducteurs conventionnels sont principalement remplis de particules métalliques ou inorganiques à haute conductivité thermique pour remplir uniformément les matériaux de la matrice polymère.Lorsque la quantité de charge atteint un certain niveau, la charge forme une morphologie de type chaîne et de type réseau dans le système, c'est-à-dire une chaîne de réseau thermiquement conductrice.Lorsque la direction d'orientation de ces chaînes à mailles thermoconductrices est parallèle à la direction du flux de chaleur, la conductivité thermique du système est grandement améliorée.

Plastiques à haute conductivité thermique avecnanomatériau de carbone graphènecomme charge peut répondre aux exigences du développement d'assemblages à haute densité et à haute intégration dans la gestion thermique et l'industrie électronique.Par exemple, la conductivité thermique du polyamide 6 pur (PA6) est de 0,338 W/(m·K), lorsqu'il est rempli à 50 % d'alumine, la conductivité thermique du composite est de 1,57 fois celle du PA6 pur ;en ajoutant 25% d'oxyde de zinc modifié, la conductivité thermique du composite est trois fois supérieure à celle du PA6 pur.Lorsque la nanofeuille de graphène à 20 % est ajoutée, la conductivité thermique du composite atteint 4,11 W/(m•K), soit plus de 15 fois plus que le PA6 pur, ce qui démontre l'énorme potentiel du graphène dans le domaine de la gestion thermique.

1. Préparation et conductivité thermique des composites graphène/polymère

La conductivité thermique des composites graphène/polymère est indissociable des conditions de traitement dans le processus de préparation.Différentes méthodes de préparation font une différence dans la dispersion, l'action interfaciale et la structure spatiale de la charge dans la matrice, et ces facteurs déterminent la rigidité, la résistance, la ténacité et la ductilité du composite.En ce qui concerne les recherches actuelles, pour les composites graphène/polymère, le degré de dispersion du graphène et le degré de pelage des feuilles de graphène peuvent être contrôlés en contrôlant le cisaillement, la température et les solvants polaires.

2. Les facteurs affectant les performances des plastiques à haute conductivité thermique remplis de graphène

2.1 Quantité d'addition de graphène

Dans le plastique à haute conductivité thermique rempli de graphène, à mesure que la quantité de graphène augmente, une chaîne de réseau conducteur thermique se forme progressivement dans le système, ce qui améliore considérablement la conductivité thermique du matériau composite.

En étudiant la conductivité thermique des composites de graphène à base de résine époxy (EP), on constate que le taux de remplissage du graphène (environ 4 couches) peut augmenter la conductivité thermique de l'EP d'environ 30 fois à 6,44.W/(m•K), tandis que les charges conductrices thermiques traditionnelles nécessitent 70 % (fraction volumique) de la charge pour obtenir cet effet.

2.2 Nombre de couches de graphène
Pour le graphène multicouche, l'étude sur 1 à 10 couches de graphène a révélé que lorsque le nombre de couches de graphène passait de 2 à 4, la conductivité thermique diminuait de 2 800 W/(m•K) à 1 300 W/(m•K ).Il s'ensuit que la conductivité thermique du graphène a tendance à diminuer avec l'augmentation du nombre de couches.

En effet, le graphène multicouche s'agglomérera avec le temps, ce qui entraînera une diminution de la conductivité thermique.Dans le même temps, les défauts du graphène et le désordre du bord vont réduire la conductivité thermique du graphène.

2.3 Types de substrat
Les principaux composants des plastiques à haute conductivité thermique comprennent les matériaux de matrice et les charges.Le graphène est le meilleur choix pour les charges en raison de son excellente conductivité thermique. Différentes compositions de matrice affectent la conductivité thermique.Le polyamide (PA) a de bonnes propriétés mécaniques, une résistance à la chaleur, une résistance à l'usure, un faible coefficient de frottement, une certaine ignifugation, un traitement facile, adapté à la modification du remplissage, pour améliorer ses performances et élargir le champ d'application.

L'étude a révélé que lorsque la fraction volumique de graphène est de 5%, la conductivité thermique du composite est 4 fois supérieure à celle du polymère ordinaire, et lorsque la fraction volumique de graphène est augmentée à 40%, la conductivité thermique du composite est multiplié par 20..

2.4 Arrangement et distribution du graphène dans la matrice
Il a été constaté que l'empilement vertical directionnel du graphène peut améliorer sa conductivité thermique.
De plus, la répartition de la charge dans la matrice affecte également la conductivité thermique du composite.Lorsque la charge est uniformément dispersée dans la matrice et forme une chaîne de réseau thermiquement conductrice, la conductivité thermique du composite est significativement améliorée.

2.5 Résistance d'interface et force de couplage d'interface
En général, la compatibilité interfaciale entre les particules de charge inorganique et la matrice de résine organique est médiocre et les particules de charge s'agglomèrent facilement dans la matrice, ce qui rend difficile la formation d'une dispersion uniforme.De plus, la différence de tension superficielle entre les particules de charge inorganique et la matrice rend difficile le mouillage de la surface des particules de charge par la matrice de résine, ce qui entraîne des vides à l'interface entre les deux, augmentant ainsi la résistance thermique interfaciale. du composite polymère.

3.Conclusion
Les plastiques à haute conductivité thermique remplis de graphène ont une conductivité thermique élevée et une bonne stabilité thermique, et leurs perspectives de développement sont très larges.Outre la conductivité thermique, le graphène possède d'autres excellentes propriétés, telles qu'une résistance élevée, des propriétés électriques et optiques élevées, et est largement utilisé dans les appareils mobiles, l'aérospatiale et les batteries à énergie nouvelle.

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