Plastika visoke toplinske vodljivosti pokazuje izvanredne talente u transformatorskim induktorima, rasipanju topline elektroničkih komponenti, specijalnim kabelima, elektroničkom pakiranju, toplinskom zalivanju i drugim poljima zbog svojih dobrih učinaka obrade, niske cijene i izvrsne toplinske vodljivosti.Plastika visoke toplinske vodljivosti s grafenom kao punilom može zadovoljiti zahtjeve visoke gustoće i razvoja sklopa visoke integracije u upravljanju toplinom i elektroničkoj industriji.

Konvencionalna toplinski vodljiva plastika uglavnom se puni metalom visoke toplinske vodljivosti ili česticama anorganskog punila kako bi se jednoliko ispunili materijali polimerne matrice.Kada količina punila dosegne određenu razinu, punilo formira lančanu i mrežastu morfologiju u sustavu, odnosno toplinski vodljivi mrežni lanac.Kada je smjer orijentacije ovih mrežastih lanaca koji provode toplinu paralelan sa smjerom protoka topline, toplinska vodljivost sustava znatno se poboljšava.

Plastika visoke toplinske vodljivosti saugljikov nanomaterijal grafenkao punilo može zadovoljiti zahtjeve visoke gustoće i razvoja sklopa visoke integracije u upravljanju toplinom i elektroničkoj industriji.Na primjer, toplinska vodljivost čistog poliamida 6 (PA6) je 0,338 W / (m · K), kada je ispunjen s 50% glinice, toplinska vodljivost kompozita je 1,57 puta veća od čistog PA6;kada se doda 25% modificiranog cinkovog oksida, toplinska vodljivost kompozita je tri puta veća od one čistog PA6.Kada se doda 20% grafenskih nanoploča, toplinska vodljivost kompozita doseže 4,11 W/(m•K), što je više od 15 puta više od čistog PA6, što pokazuje golemi potencijal grafena u području upravljanja toplinom.

1. Priprema i toplinska vodljivost grafen/polimernih kompozita

Toplinska vodljivost kompozita grafen/polimer neodvojiva je od uvjeta obrade u procesu pripreme.Različite metode pripreme čine razliku u disperziji, međufaznom djelovanju i prostornoj strukturi punila u matrici, a ti čimbenici određuju krutost, čvrstoću, žilavost i duktilnost kompozita.Što se trenutnog istraživanja tiče, za kompozite grafen/polimer, stupanj disperzije grafena i stupanj ljuštenja grafenskih ploča može se kontrolirati kontrolom smicanja, temperature i polarnih otapala.

2. Čimbenici koji utječu na performanse plastike visoke toplinske vodljivosti punjene grafenom

2.1 Dodatna količina grafena

U plastici visoke toplinske vodljivosti ispunjenoj grafenom, kako se količina grafena povećava, u sustavu se postupno stvara toplinski vodljivi lanac mreže, što uvelike poboljšava toplinsku vodljivost kompozitnog materijala.

Proučavanjem toplinske vodljivosti grafenskih kompozita na bazi epoksidne smole (EP) utvrđeno je da omjer punjenja grafena (oko 4 sloja) može povećati toplinsku vodljivost EP-a za oko 30 puta na 6,44.W/(m•K), dok tradicionalna toplinski vodljiva punila zahtijevaju 70% (volumenski udio) punila da bi se postigao ovaj učinak.

2.2 Broj slojeva grafena
Za višeslojni grafen, istraživanje na 1-10 slojeva grafena pokazalo je da se toplinska vodljivost smanjila s 2800 W/(m•K) na 1300 W/(m•K) kada se broj slojeva grafena poveća s 2 na 4. ).Slijedi da toplinska vodljivost grafena ima tendenciju pada s povećanjem broja slojeva.

To je zato što će se višeslojni grafen s vremenom aglomerirati, što će uzrokovati smanjenje toplinske vodljivosti.U isto vrijeme, defekti u grafenu i poremećaj ruba smanjit će toplinsku vodljivost grafena.

2.3 Vrste supstrata
Glavne komponente plastike visoke toplinske vodljivosti uključuju matrične materijale i punila.Grafen je najbolji izbor za punila zbog svoje izvrsne toplinske vodljivosti. Različiti sastavi matrice utječu na toplinsku vodljivost.Poliamid (PA) ima dobra mehanička svojstva, otpornost na toplinu, otpornost na habanje, nizak koeficijent trenja, određenu otpornost na plamen, laku obradu, pogodan za modificiranje punjenja, kako bi se poboljšala njegova izvedba i proširilo polje primjene.

Studija je pokazala da kada je volumni udio grafena 5%, toplinska vodljivost kompozita je 4 puta veća od one običnog polimera, a kada je volumni udio grafena povećan na 40%, toplinska vodljivost kompozita povećava se 20 puta..

2.4 Raspored i distribucija grafena u matrici
Utvrđeno je da usmjereno vertikalno slaganje grafena može poboljšati njegovu toplinsku vodljivost.
Osim toga, raspodjela punila u matrici također utječe na toplinsku vodljivost kompozita.Kada je punilo ravnomjerno raspršeno u matrici i tvori toplinski provodljiv mrežni lanac, toplinska vodljivost kompozita je značajno poboljšana.

2.5 Otpor sučelja i čvrstoća spajanja sučelja
Općenito, međufazna kompatibilnost između čestica anorganskog punila i matrice organske smole je loša, a čestice punila se lako aglomeriraju u matrici, što otežava stvaranje jednolike disperzije.Osim toga, razlika u površinskoj napetosti između čestica anorganskog punila i matrice otežava navlaživanje površine čestica punila matricom smole, što rezultira šupljinama na sučelju između njih, povećavajući toplinski otpor međupovršine polimernog kompozita.

3. Zaključak
Plastika visoke toplinske vodljivosti punjena grafenom ima visoku toplinsku vodljivost i dobru toplinsku stabilnost, a njihovi razvojni izgledi su vrlo široki.Osim toplinske vodljivosti, grafen ima i druga izvrsna svojstva, poput visoke čvrstoće, visokih električnih i optičkih svojstava, te se naširoko koristi u mobilnim uređajima, zrakoplovstvu i novim energetskim baterijama.

Hongwu Nano istražuje i razvija nanomaterijale od 2002. godine, a na temelju zrelog iskustva i napredne tehnologije, tržišno orijentiran, Hongwu Nano pruža raznolike profesionalne prilagođene usluge kako bi korisnicima pružio različita profesionalna rješenja za učinkovitije praktične primjene.