Plásticos de alta condutividade térmica mostram talentos extraordinários em indutores de transformadores, dissipação de calor de componentes eletrônicos, cabos especiais, embalagens eletrônicas, envasamento térmico e outros campos por seu bom desempenho de processamento, baixo preço e excelente condutividade térmica.Plásticos de alta condutividade térmica com grafeno como enchimento podem atender aos requisitos de desenvolvimento de montagem de alta densidade e alta integração na indústria eletrônica e de gerenciamento térmico.

Os plásticos condutores térmicos convencionais são preenchidos principalmente com partículas de carga inorgânicas ou metálicas altamente condutoras de calor para preencher uniformemente os materiais da matriz polimérica.Quando a quantidade de enchimento atinge um determinado nível, o enchimento forma uma morfologia semelhante a uma cadeia e uma rede no sistema, ou seja, uma cadeia de rede termicamente condutora.Quando a direção de orientação dessas cadeias de malha condutoras de calor é paralela à direção do fluxo de calor, a condutividade térmica do sistema é bastante aprimorada.

Plásticos de alta condutividade térmica comcarbono nanomaterial grafenocomo enchimento pode atender aos requisitos de desenvolvimento de montagem de alta densidade e alta integração em gerenciamento térmico e indústria eletrônica.Por exemplo, a condutividade térmica da poliamida 6 (PA6) pura é de 0,338 W / (m · K), quando preenchida com 50% de alumina, a condutividade térmica do compósito é 1,57 vezes a do PA6 puro;ao adicionar 25% de óxido de zinco modificado, a condutividade térmica do compósito é três vezes maior que a do PA6 puro.Quando a nanofolha de 20% de grafeno é adicionada, a condutividade térmica do compósito atinge 4,11 W/(m•K), que é aumentada em mais de 15 vezes do que o PA6 puro, o que demonstra o enorme potencial do grafeno no campo do gerenciamento térmico.

1. Preparação e condutividade térmica de compósitos de grafeno/polímero

A condutividade térmica de compósitos de grafeno/polímero é inseparável das condições de processamento no processo de preparação.Diferentes métodos de preparação fazem a diferença na dispersão, ação interfacial e estrutura espacial da carga na matriz, e esses fatores determinam a rigidez, resistência, tenacidade e ductilidade do compósito.No que diz respeito à pesquisa atual, para compósitos de grafeno/polímero, o grau de dispersão do grafeno e o grau de descascamento das folhas de grafeno podem ser controlados pelo controle de cisalhamento, temperatura e solventes polares.

2. Os fatores que afetam o desempenho de plásticos de alta condutividade térmica preenchidos com grafeno

2.1 Quantidade de adição de grafeno

No plástico de alta condutividade térmica preenchido com grafeno, à medida que a quantidade de grafeno aumenta, a cadeia de rede condutora térmica é gradualmente formada no sistema, o que melhora muito a condutividade térmica do material compósito.

Ao estudar a condutividade térmica de compósitos de grafeno à base de resina epóxi (EP), descobriu-se que a taxa de preenchimento de grafeno (cerca de 4 camadas) pode aumentar a condutividade térmica do EP em cerca de 30 vezes para 6,44.W/(m•K), enquanto os enchimentos condutores térmicos tradicionais requerem 70% (fração de volume) do enchimento para alcançar este efeito.

2.2 Número de camadas de grafeno
Para grafeno multicamadas, o estudo em 1-10 camadas de grafeno descobriu que quando o número de camadas de grafeno foi aumentado de 2 para 4, a condutividade térmica diminuiu de 2 800 W/(m•K) para 1300 W/(m•K ).Segue-se que a condutividade térmica do grafeno tende a diminuir com o aumento do número de camadas.

Isso ocorre porque o grafeno multicamadas se aglomerará com o tempo, o que fará com que a condutividade térmica diminua.Ao mesmo tempo, os defeitos no grafeno e a desordem da borda reduzirão a condutividade térmica do grafeno.

2.3 Tipos de substrato
Os principais componentes dos plásticos de alta condutividade térmica incluem materiais de matriz e cargas.O grafeno é a melhor escolha para cargas devido à sua excelente condutividade térmica. Diferentes composições de matriz afetam a condutividade térmica.A poliamida (PA) possui boas propriedades mecânicas, resistência ao calor, resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito, certo retardamento de chama, fácil processamento, adequado para modificação de enchimento, para melhorar seu desempenho e expandir o campo de aplicação.

O estudo descobriu que quando a fração volumétrica do grafeno é de 5%, a condutividade térmica do compósito é 4 vezes maior que a do polímero comum, e quando a fração volumétrica do grafeno é aumentada para 40%, a condutividade térmica do compósito é aumentado em 20 vezes..

2.4 Arranjo e distribuição do grafeno na matriz
Verificou-se que o empilhamento vertical direcional do grafeno pode melhorar sua condutividade térmica.
Além disso, a distribuição da carga na matriz também afeta a condutividade térmica do compósito.Quando o enchimento é uniformemente disperso na matriz e forma uma cadeia de rede termicamente condutora, a condutividade térmica do compósito é significativamente melhorada.

2.5 Resistência de interface e força de acoplamento de interface
Em geral, a compatibilidade interfacial entre as partículas de carga inorgânica e a matriz de resina orgânica é pobre, e as partículas de carga são facilmente aglomeradas na matriz, dificultando a formação de uma dispersão uniforme.Além disso, a diferença na tensão superficial entre as partículas de carga inorgânica e a matriz dificulta que a superfície das partículas de carga seja molhada pela matriz de resina, resultando em vazios na interface entre as duas, aumentando assim a resistência térmica interfacial do compósito polimérico.

3. Conclusão
Plásticos de alta condutividade térmica preenchidos com grafeno têm alta condutividade térmica e boa estabilidade térmica, e suas perspectivas de desenvolvimento são muito amplas.Além da condutividade térmica, o grafeno possui outras excelentes propriedades, como alta resistência, altas propriedades elétricas e ópticas, e é amplamente utilizado em dispositivos móveis, aeroespaciais e novas baterias de energia.

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