Tworzywa sztuczne o wysokiej przewodności cieplnej wykazują niezwykłe talenty w cewkach transformatorowych, rozpraszaniu ciepła elementów elektronicznych, specjalnych kablach, opakowaniach elektronicznych, zalewaniu termicznym i innych dziedzinach ze względu na ich dobrą wydajność przetwarzania, niską cenę i doskonałą przewodność cieplną.Tworzywa sztuczne o wysokiej przewodności cieplnej z grafenem jako wypełniaczem mogą sprostać wymaganiom rozwoju zespołów o dużej gęstości i wysokiej integracji w zarządzaniu ciepłem i przemyśle elektronicznym.

Konwencjonalne tworzywa sztuczne przewodzące ciepło są wypełnione głównie cząstkami wypełniacza metalicznego lub nieorganicznego o wysokiej przewodności cieplnej, aby równomiernie wypełnić materiały matrycy polimerowej.Kiedy ilość wypełniacza osiąga pewien poziom, wypełniacz tworzy w układzie morfologię podobną do łańcucha i podobną do sieci, to znaczy łańcuch sieciowy przewodzący ciepło.Gdy kierunek orientacji tych przewodzących ciepło łańcuchów siatkowych jest równoległy do ​​kierunku przepływu ciepła, przewodność cieplna układu ulega znacznej poprawie.

Tworzywa sztuczne o wysokiej przewodności cieplnejgrafen nanomateriału węglowegojako wypełniacz może spełnić wymagania rozwoju zespołów o wysokiej gęstości i wysokiej integracji w zarządzaniu ciepłem i przemyśle elektronicznym.Na przykład przewodność cieplna czystego poliamidu 6 (PA6) wynosi 0,338 W/(m · K), po wypełnieniu 50% tlenkiem glinu przewodność cieplna kompozytu jest 1,57 razy większa niż w przypadku czystego PA6;przy dodaniu 25% modyfikowanego tlenku cynku przewodność cieplna kompozytu jest trzykrotnie wyższa niż czystego PA6.Po dodaniu 20% nanocząstki grafenu przewodność cieplna kompozytu sięga 4,11 W/(m•K), czyli ponad 15-krotnie więcej niż czystego PA6, co świadczy o ogromnym potencjale grafenu w zakresie zarządzania ciepłem.

1. Otrzymywanie i przewodnictwo cieplne kompozytów grafenowo-polimerowych

Przewodność cieplna kompozytów grafenowo-polimerowych jest nierozerwalnie związana z warunkami przetwarzania w procesie przygotowania.Różne metody przygotowania mają wpływ na dyspersję, działanie międzyfazowe i strukturę przestrzenną wypełniacza w osnowie, a te czynniki decydują o sztywności, wytrzymałości, ciągliwości i plastyczności kompozytu.Jeśli chodzi o obecne badania, w przypadku kompozytów grafen/polimer stopień dyspersji grafenu i stopień łuszczenia się arkuszy grafenu można kontrolować poprzez kontrolowanie ścinania, temperatury i rozpuszczalników polarnych.

2. Czynniki wpływające na właściwości użytkowe tworzyw sztucznych o wysokiej przewodności cieplnej wypełnionych grafenem

2.1 Dodatkowa ilość grafenu

W tworzywie o wysokiej przewodności cieplnej wypełnionym grafenem, wraz ze wzrostem ilości grafenu, w układzie stopniowo tworzy się łańcuch sieci przewodzącej ciepło, co znacznie poprawia przewodność cieplną materiału kompozytowego.

Badając przewodność cieplną kompozytów grafenowych na bazie żywicy epoksydowej (EP), stwierdzono, że stopień wypełnienia grafenem (około 4 warstw) może zwiększyć przewodność cieplną EP około 30 razy do 6,44.W/(m•K), podczas gdy tradycyjne wypełniacze przewodzące ciepło wymagają 70% (ułamek objętościowy) wypełniacza, aby osiągnąć ten efekt.

2.2 Liczba warstw grafenu
W przypadku grafenu wielowarstwowego badanie na 1-10 warstwach grafenu wykazało, że zwiększenie liczby warstw grafenu z 2 do 4 spowodowało spadek przewodności cieplnej z 2 800 W/(m•K) do 1300 W/(m•K) ).Wynika z tego, że przewodność cieplna grafenu ma tendencję do zmniejszania się wraz ze wzrostem liczby warstw.

Dzieje się tak, ponieważ wielowarstwowy grafen będzie z czasem ulegał aglomeracji, co spowoduje spadek przewodności cieplnej.Jednocześnie defekty grafenu i zaburzenia krawędzi zmniejszą przewodność cieplną grafenu.

2.3 Rodzaje podłoża
Głównymi składnikami tworzyw sztucznych o wysokiej przewodności cieplnej są materiały matrycowe i wypełniacze.Grafen jest najlepszym wyborem na wypełniacze ze względu na doskonałe przewodnictwo cieplne. Różne składy osnowy wpływają na przewodność cieplną.Poliamid (PA) ma dobre właściwości mechaniczne, odporność na ciepło, odporność na zużycie, niski współczynnik tarcia, pewną trudnopalność, łatwą obróbkę, nadaje się do modyfikacji wypełnienia, w celu poprawy jego wydajności i rozszerzenia pola zastosowania.

Badanie wykazało, że gdy udział objętościowy grafenu wynosi 5%, przewodność cieplna kompozytu jest 4 razy wyższa niż zwykłego polimeru, a gdy udział objętościowy grafenu wzrasta do 40%, przewodność cieplna kompozytu zwiększa się 20-krotnie..

2.4 Układ i rozmieszczenie grafenu w matrixie
Stwierdzono, że kierunkowe pionowe układanie grafenu może poprawić jego przewodność cieplną.
Ponadto rozkład napełniacza w osnowie wpływa również na przewodność cieplną kompozytu.Kiedy wypełniacz jest równomiernie rozproszony w osnowie i tworzy przewodzący ciepło łańcuch sieciowy, przewodność cieplna kompozytu ulega znacznej poprawie.

2.5 Rezystancja międzyfazowa i siła sprzężenia międzyfazowego
Na ogół kompatybilność międzyfazowa między nieorganicznymi cząstkami wypełniacza a matrycą z żywicy organicznej jest słaba, a cząstki wypełniacza łatwo ulegają aglomeracji w matrycy, co utrudnia utworzenie jednorodnej dyspersji.Ponadto różnica w napięciu powierzchniowym między nieorganicznymi cząstkami wypełniacza a matrycą utrudnia zwilżanie powierzchni cząstek wypełniacza przez matrycę żywicy, co powoduje powstawanie pustych przestrzeni na granicy faz między nimi, zwiększając w ten sposób międzyfazowy opór cieplny kompozytu polimerowego.

3. Wniosek
Tworzywa o wysokiej przewodności cieplnej wypełnione grafenem charakteryzują się wysoką przewodnością cieplną i dobrą stabilnością termiczną, a perspektywy ich rozwoju są bardzo szerokie.Oprócz przewodności cieplnej grafen ma inne doskonałe właściwości, takie jak wysoka wytrzymałość, wysokie właściwości elektryczne i optyczne, i jest szeroko stosowany w urządzeniach mobilnych, lotnictwie i nowych bateriach energetycznych.

Hongwu Nano zajmuje się badaniem i rozwojem nanomateriałów od 2002 roku, a w oparciu o dojrzałe doświadczenie i zaawansowaną technologię, zorientowaną na rynek, Hongwu Nano zapewnia zróżnicowane profesjonalne usługi dostosowane do indywidualnych potrzeb, aby zapewnić użytkownikom różne profesjonalne rozwiązania do bardziej wydajnych zastosowań praktycznych.