Materialele plastice cu conductivitate termică ridicată arată talente extraordinare în inductoarele transformatoarelor, disiparea căldurii componentelor electronice, cablurile speciale, ambalajele electronice, ghivecele termice și alte domenii pentru performanța lor bună de procesare, prețul scăzut și conductivitate termică excelentă.Materialele plastice cu conductivitate termică ridicată cu grafen ca umplutură pot îndeplini cerințele de dezvoltare a ansamblurilor de înaltă densitate și integrare ridicată în managementul termic și industria electronică.

Materialele plastice termoconductoare convenționale sunt umplute în principal cu metale conducătoare de căldură sau particule de umplutură anorganice pentru a umple uniform materialele matricei polimerice.Când cantitatea de umplutură atinge un anumit nivel, umplutura formează o morfologie asemănătoare lanțului și rețelei în sistem, adică un lanț de rețea conductiv termic.Când direcția de orientare a acestor lanțuri de plasă conductoare de căldură este paralelă cu direcția fluxului de căldură, conductivitatea termică a sistemului este mult îmbunătățită.

Materiale plastice cu conductoare termică ridicată cunanomaterial de carbon grafenca umplutură poate îndeplini cerințele de dezvoltare a ansamblului de înaltă densitate și integrare ridicată în managementul termic și industria electronică.De exemplu, conductivitatea termică a poliamidei pure 6 (PA6) este de 0,338 W / (m · K), când este umplută cu 50% alumină, conductivitatea termică a compozitului este de 1,57 ori mai mare decât a PA6 pur;la adăugarea a 25% oxid de zinc modificat, conductivitatea termică a compozitului este de trei ori mai mare decât cea a PA6 pur.Când se adaugă nanofoaie de 20% grafen, conductivitatea termică a compozitului ajunge la 4,11 W/(m•K), care este crescută de peste 15 ori decât PA6 pur, ceea ce demonstrează potențialul enorm al grafenului în domeniul managementului termic.

1. Prepararea și conductibilitatea termică a compozitelor grafen/polimer

Conductivitatea termică a compozitelor grafen/polimer este inseparabilă de condițiile de prelucrare din procesul de preparare.Diferite metode de preparare fac diferența în dispersia, acțiunea interfațală și structura spațială a umpluturii din matrice, iar acești factori determină rigiditatea, rezistența, tenacitatea și ductilitatea compozitului.În ceea ce privește cercetările actuale, pentru compozitele grafen/polimer, gradul de dispersie a grafenului și gradul de decojire a foilor de grafen pot fi controlate prin controlul forfecării, temperaturii și solvenților polari.

2. Factorii care afectează performanța materialelor plastice cu conductivitate termică ridicată umplute cu grafen

2.1 Adăugarea cantității de grafen

În plasticul cu conductivitate termică ridicată umplut cu grafen, pe măsură ce cantitatea de grafen crește, lanțul de rețea conductiv termic se formează treptat în sistem, ceea ce îmbunătățește foarte mult conductivitatea termică a materialului compozit.

Studiind conductivitatea termică a compozitelor de grafen pe bază de rășină epoxidică (EP), se constată că raportul de umplere a grafenului (aproximativ 4 straturi) poate crește conductivitatea termică a EP de aproximativ 30 de ori până la 6,44.W/(m•K), în timp ce materialele de umplutură termoconductoare tradiționale necesită 70% (fracție de volum) din material de umplutură pentru a obține acest efect.

2.2 Numărul de straturi de grafen
Pentru grafenul multistrat, studiul pe 1-10 straturi de grafen a constatat că atunci când numărul de straturi de grafen a crescut de la 2 la 4, conductivitatea termică a scăzut de la 2 800 W/(m•K) la 1300 W/(m•K). ).Rezultă că conductivitatea termică a grafenului tinde să scadă odată cu creșterea numărului de straturi.

Acest lucru se datorează faptului că grafenul multistrat se va aglomera în timp, ceea ce va determina scăderea conductivității termice.În același timp, defectele grafenului și dezordinea marginii vor reduce conductivitatea termică a grafenului.

2.3 Tipuri de substrat
Principalele componente ale materialelor plastice cu conductivitate termică ridicată includ materiale de matrice și materiale de umplutură.Grafenul este cea mai bună alegere pentru materiale de umplutură datorită conductivității sale termice excelente. Diferitele compoziții ale matricei afectează conductivitatea termică.Poliamida (PA) are proprietăți mecanice bune, rezistență la căldură, rezistență la uzură, coeficient de frecare scăzut, o anumită rezistență la flacără, procesare ușoară, potrivită pentru modificarea umplerii, pentru a-și îmbunătăți performanța și a extinde domeniul de aplicare.

Studiul a constatat că, atunci când fracția de volum a grafenului este de 5%, conductivitatea termică a compozitului este de 4 ori mai mare decât cea a polimerului obișnuit, iar atunci când fracțiunea de volum a grafenului este crescută la 40%, conductivitatea termică a compozitului. este mărită de 20 de ori..

2.4 Aranjarea și distribuția grafenului în matrice
S-a descoperit că stivuirea direcțională verticală a grafenului poate îmbunătăți conductivitatea termică a acestuia.
În plus, distribuția umpluturii în matrice afectează și conductibilitatea termică a compozitului.Când materialul de umplutură este dispersat uniform în matrice și formează un lanț de rețea conductiv termic, conductivitatea termică a compozitului este îmbunătățită semnificativ.

2.5 Rezistența interfeței și puterea de cuplare a interfeței
În general, compatibilitatea interfacială dintre particulele de umplutură anorganică și matricea de rășină organică este slabă, iar particulele de umplutură sunt ușor aglomerate în matrice, ceea ce face dificilă formarea unei dispersii uniforme.În plus, diferența de tensiune superficială dintre particulele de umplutură anorganică și matrice face dificilă umezirea suprafeței particulelor de umplutură de matricea de rășină, rezultând goluri la interfața dintre cele două, crescând astfel rezistența termică interfațală. a compozitului polimeric.

3. Concluzie
Materialele plastice cu conductivitate termică ridicată umplute cu grafen au o conductivitate termică ridicată și o stabilitate termică bună, iar perspectivele lor de dezvoltare sunt foarte largi.Pe lângă conductivitatea termică, grafenul are și alte proprietăți excelente, cum ar fi rezistență ridicată, proprietăți electrice și optice ridicate și este utilizat pe scară largă în dispozitive mobile, aerospațiale și baterii de energie nouă.

Hongwu Nano a cercetat și dezvoltat nanomateriale din 2002 și, pe baza experienței maturizate și a tehnologiei avansate, orientate spre piață, Hongwu Nano oferă servicii profesionale personalizate diversificate pentru a oferi utilizatorilor diferite soluții profesionale pentru aplicații practice mai eficiente.