Le materie plastiche ad alta conduttività termica mostrano talenti straordinari negli induttori dei trasformatori, nella dissipazione del calore dei componenti elettronici, nei cavi speciali, negli imballaggi elettronici, nel rivestimento termico e in altri campi per le loro buone prestazioni di elaborazione, il prezzo basso e l'eccellente conduttività termica.Le materie plastiche ad alta conduttività termica con grafene come riempitivo possono soddisfare i requisiti dello sviluppo di assemblaggi ad alta densità e ad alta integrazione nella gestione termica e nell'industria elettronica.

Le plastiche conduttive termiche convenzionali sono principalmente riempite con particelle metalliche ad alta conducibilità termica o particelle di riempitivo inorganico per riempire uniformemente i materiali della matrice polimerica.Quando la quantità di riempitivo raggiunge un certo livello, il riempitivo forma nel sistema una morfologia a catena ea rete, cioè una catena di rete termicamente conduttiva.Quando la direzione di orientamento di queste catene a maglie conduttrici di calore è parallela alla direzione del flusso di calore, la conducibilità termica del sistema è notevolmente migliorata.

Materie plastiche ad alta conduttività termica congrafene nanomateriale di carboniocome riempitivo può soddisfare i requisiti di sviluppo di assemblaggi ad alta densità e alta integrazione nella gestione termica e nell'industria elettronica.Ad esempio, la conducibilità termica della poliammide 6 pura (PA6) è 0,338 W/(m · K), se riempita con il 50% di allumina, la conduttività termica del composito è 1,57 volte quella della PA6 pura;aggiungendo il 25% di ossido di zinco modificato, la conduttività termica del composito è tre volte superiore a quella del PA6 puro.Quando si aggiunge il 20% di nanofoglio di grafene, la conduttività termica del composito raggiunge 4,11 W/(m•K), che è aumentata di oltre 15 volte rispetto al PA6 puro, il che dimostra l'enorme potenziale del grafene nel campo della gestione termica.

1. Preparazione e conducibilità termica di compositi grafene/polimero

La conduttività termica dei compositi grafene/polimero è inseparabile dalle condizioni di lavorazione nel processo di preparazione.Diversi metodi di preparazione fanno la differenza nella dispersione, nell'azione interfacciale e nella struttura spaziale del riempitivo nella matrice, e questi fattori determinano la rigidità, la resistenza, la tenacità e la duttilità del composito.Per quanto riguarda la ricerca attuale, per i compositi grafene/polimero, il grado di dispersione del grafene e il grado di pelatura dei fogli di grafene possono essere controllati controllando taglio, temperatura e solventi polari.

2. I fattori che influenzano le prestazioni della plastica ad alta conducibilità termica riempita di grafene

2.1 Quantità aggiuntiva di grafene

Nella plastica ad alta conducibilità termica riempita di grafene, con l'aumentare della quantità di grafene, nel sistema si forma gradualmente una catena di rete conduttiva termica, che migliora notevolmente la conduttività termica del materiale composito.

Studiando la conduttività termica dei compositi di grafene a base di resina epossidica (EP), si è scoperto che il rapporto di riempimento del grafene (circa 4 strati) può aumentare la conducibilità termica dell'EP di circa 30 volte fino a 6,44.W/(m•K), mentre i riempitivi termoconduttivi tradizionali richiedono il 70% (frazione di volume) del riempitivo per ottenere questo effetto.

2.2 Numero di strati di Grafene
Per il grafene multistrato, lo studio su 1-10 strati di grafene ha rilevato che quando il numero di strati di grafene è stato aumentato da 2 a 4, la conduttività termica è diminuita da 2 800 W/(m•K) a 1300 W/(m•K) ).Ne consegue che la conducibilità termica del grafene tende a diminuire con l'aumentare del numero di strati.

Questo perché il grafene multistrato si agglomera con il tempo, il che farà diminuire la conducibilità termica.Allo stesso tempo, i difetti nel grafene e il disordine del bordo ridurranno la conduttività termica del grafene.

2.3 Tipi di supporto
I componenti principali delle materie plastiche ad alta conduttività termica includono materiali di matrice e riempitivi.Il grafene è la scelta migliore per i riempitivi grazie alla sua eccellente conducibilità termica. Diverse composizioni della matrice influenzano la conducibilità termica.La poliammide (PA) ha buone proprietà meccaniche, resistenza al calore, resistenza all'usura, basso coefficiente di attrito, un certo ritardo di fiamma, facilità di lavorazione, adatta per la modifica del riempimento, per migliorare le sue prestazioni ed espandere il campo di applicazione.

Lo studio ha rilevato che quando la frazione volumetrica del grafene è del 5%, la conducibilità termica del composito è 4 volte superiore a quella del polimero ordinario e quando la frazione volumetrica del grafene è aumentata al 40%, la conduttività termica del composito è aumentato di 20 volte..

2.4 Disposizione e distribuzione del grafene in matrice
È stato scoperto che l'impilamento verticale direzionale del grafene può migliorare la sua conduttività termica.
Inoltre, la distribuzione del riempitivo nella matrice influisce anche sulla conduttività termica del composito.Quando il riempitivo è uniformemente disperso nella matrice e forma una catena reticolare termicamente conduttiva, la conducibilità termica del composito risulta notevolmente migliorata.

2.5 Resistenza dell'interfaccia e forza dell'accoppiamento dell'interfaccia
In generale, la compatibilità interfacciale tra le particelle di carica inorganica e la matrice di resina organica è scarsa e le particelle di carica si agglomerano facilmente nella matrice, rendendo difficile la formazione di una dispersione uniforme.Inoltre, la differenza di tensione superficiale tra le particelle di riempitivo inorganico e la matrice rende difficile che la superficie delle particelle di riempitivo venga bagnata dalla matrice di resina, con conseguenti vuoti all'interfaccia tra i due, aumentando così la resistenza termica interfacciale del composito polimerico.

3. Conclusione
Le materie plastiche ad alta conduttività termica riempite di grafene hanno un'elevata conducibilità termica e una buona stabilità termica e le loro prospettive di sviluppo sono molto ampie.Oltre alla conduttività termica, il grafene ha altre eccellenti proprietà, come elevata resistenza, elevate proprietà elettriche e ottiche, ed è ampiamente utilizzato nei dispositivi mobili, aerospaziale e nelle batterie di nuova energia.

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