פלסטיק מוליכות תרמית גבוהה מציג כישרונות יוצאי דופן במשרני שנאים, פיזור חום של רכיבים אלקטרוניים, כבלים מיוחדים, אריזה אלקטרונית, עצירה תרמית ותחומים אחרים בשל ביצועי העיבוד הטובים שלהם, המחיר הנמוך והמוליכות התרמית המעולה שלהם.פלסטיק מוליכות תרמית גבוהה עם גרפן כחומר מילוי יכול לעמוד בדרישות של פיתוח הרכבה בצפיפות גבוהה ואינטגרציה גבוהה בתעשיית הניהול התרמי ובתעשיית האלקטרוניקה.

פלסטיק מוליך תרמי קונבנציונלי מלא בעיקר במתכת בעלת מוליכות חום גבוהה או חלקיקי מילוי אנאורגניים למילוי אחיד של חומרי המטריצה ​​הפולימריים.כאשר כמות חומר המילוי מגיעה לרמה מסוימת, חומר המילוי יוצר במערכת מורפולוגיה דמוית שרשרת ורשת, כלומר שרשרת רשת מוליכה תרמית.כאשר כיוון הכיוון של שרשראות רשת מוליכות חום אלו מקביל לכיוון זרימת החום, המוליכות התרמית של המערכת משתפרת מאוד.

פלסטיק מוליך תרמי גבוה עםגרפן ננו-חומרי פחמןכחומר מילוי יכול לעמוד בדרישות של פיתוח הרכבה בצפיפות גבוהה ואינטגרציה גבוהה בתעשיית הניהול התרמי ובתעשיית האלקטרוניקה.לדוגמה, המוליכות התרמית של פוליאמיד טהור 6 (PA6) היא 0.338 W / (m · K), כאשר הוא מלא ב-50% אלומינה, המוליכות התרמית של המרוכב היא פי 1.57 מזו של PA6 טהור;כאשר מוסיפים 25% של תחמוצת האבץ המשתנה, המוליכות התרמית של המרוכבים גבוהה פי שלושה מזו של PA6 טהור.כאשר מוסיפים את הננו-סheet של 20% גרפן, המוליכות התרמית של הקומפוזיט מגיעה ל-4.11 W/(m•K), המוגדלת ביותר מפי 15 מ-PA6 טהור, מה שמדגים את הפוטנציאל העצום של גרפן בתחום הניהול התרמי.

1. הכנה ומוליכות תרמית של תרכובות גרפן/פולימר

המוליכות התרמית של חומרים מרוכבים גרפן/פולימר אינה ניתנת להפרדה מתנאי העיבוד בתהליך ההכנה.שיטות הכנה שונות עושות את ההבדל בפיזור, בפעולת המשטח ובמבנה המרחבי של חומר המילוי במטריקס, וגורמים אלו קובעים את הקשיחות, החוזק, הקשיחות והמשיכות של הקומפוזיט.בכל הנוגע למחקר הנוכחי, עבור חומרים מרוכבים של גרפן/פולימר, ניתן לשלוט במידת הפיזור של הגרפן ובמידת הקילוף של יריעות גרפן על ידי בקרת גזירה, טמפרטורה וממיסים קוטביים.

2. הגורמים המשפיעים על הביצועים של פלסטיק במילוי גרפן עם מוליכות תרמית גבוהה

2.1 כמות תוספת של גרפן

בפלסטיק המוליכות התרמית הגבוהה המלא בגרפן, ככל שכמות הגרפן עולה, נוצרת בהדרגה שרשרת רשת מוליכות תרמית במערכת, מה שמשפר מאוד את המוליכות התרמית של החומר המרוכב.

על ידי לימוד המוליכות התרמית של חומרי גרפן מבוססי שרף אפוקסי (EP), נמצא שיחס המילוי של גרפן (כ-4 שכבות) יכול להגדיל את המוליכות התרמית של EP בכ-30 פי 6.44.W/(m•K), בעוד שחומרי מילוי מוליכים תרמיים מסורתיים דורשים 70% (שבריר נפח) מחומר המילוי כדי להשיג אפקט זה.

2.2 מספר שכבות של גרפן
עבור גרפן רב-שכבתי, המחקר על 1-10 שכבות של גרפן מצא שכאשר מספר שכבות הגרפן הוגדל מ-2 ל-4, המוליכות התרמית ירדה מ-2,800 W/(m•K) ל-1300 W/(m•K) ).מכאן נוטה שהמוליכות התרמית של הגרפן נוטה לרדת עם העלייה במספר השכבות.

הסיבה לכך היא שהגרפן הרב-שכבתי יצטבר עם הזמן, מה שיגרום לירידה במוליכות התרמית.יחד עם זאת, הפגמים בגרפן ואי אי סדר הקצה יפחיתו את המוליכות התרמית של הגרפן.

2.3 סוגי מצע
המרכיבים העיקריים של פלסטיק מוליכות תרמית גבוהה כוללים חומרים מטריקס וחומרי מילוי.גרפן הוא הבחירה הטובה ביותר עבור חומרי מילוי בגלל המוליכות התרמית המעולה שלו. הרכבי מטריקס שונים משפיעים על מוליכות תרמית.לפוליאמיד (PA) תכונות מכניות טובות, עמידות בחום, עמידות בפני שחיקה, מקדם חיכוך נמוך, עיכוב בעירה מסוים, עיבוד קל, מתאים לשינוי מילוי, כדי לשפר את ביצועיו ולהרחיב את תחום היישום.

המחקר מצא שכאשר חלק הנפח של גרפן הוא 5%, המוליכות התרמית של המרוכבים גבוהה פי 4 מזו של הפולימר הרגיל, וכאשר חלק הנפח של הגרפן גדל ל-40%, המוליכות התרמית של המרוכב. מוגדל פי 20..

2.4 סידור ופיזור של גרפן במטריצה
נמצא שהערימה האנכית הכיוונית של גרפן יכולה לשפר את המוליכות התרמית שלו.
בנוסף, התפלגות חומר המילוי במטריצה ​​משפיעה גם על המוליכות התרמית של המרוכב.כאשר חומר המילוי מפוזר באופן אחיד במטריצה ​​ויוצר שרשרת רשת מוליכה תרמית, המוליכות התרמית של המרוכבים משתפרת משמעותית.

2.5 התנגדות ממשק וחוזק צימוד ממשק
באופן כללי, תאימות הממשק בין חלקיקי המילוי האנאורגניים למטריצת השרף האורגנית היא ירודה, וחלקיקי המילוי נאגרים בקלות במטריקס, מה שמקשה על יצירת פיזור אחיד.בנוסף, ההבדל במתח הפנים בין חלקיקי המילוי האנאורגניים למטריצה ​​מקשה על פני השטח של חלקיקי המילוי להירטב על ידי מטריצת השרף, וכתוצאה מכך חללים בממשק בין השניים, ובכך מגדילים את ההתנגדות התרמית של הממשק. של הפולימר המרוכב.

3. מסקנה
לפלסטיק מוליכות תרמית גבוהה במילוי גרפן יש מוליכות תרמית גבוהה ויציבות תרמית טובה, וסיכויי הפיתוח שלהם רחבים מאוד.מלבד המוליכות התרמית, לגרפן תכונות מצוינות נוספות, כגון חוזק גבוה, תכונות חשמליות ואופטיות גבוהות, והוא נמצא בשימוש נרחב במכשירים ניידים, תעופה וחלל וסוללות אנרגיה חדשות.

Hongwu Nano חוקרת ומפתחת ננו-חומרים מאז 2002, ובהתבסס על ניסיון בוגר וטכנולוגיה מתקדמת, מוכוונת שוק, Hongwu Nano מספקת שירותים מקצועיים מגוונים מותאמים אישית כדי לספק למשתמשים פתרונות מקצועיים שונים ליישומים מעשיים יעילים יותר.