Пластмассы с высокой теплопроводностью демонстрируют исключительные способности в индукторах трансформаторов, рассеивании тепла электронных компонентов, специальных кабелях, электронной упаковке, герметизации и других областях благодаря их хорошим технологическим характеристикам, низкой цене и отличной теплопроводности.Пластмассы с высокой теплопроводностью с графеном в качестве наполнителя могут соответствовать требованиям разработки сборок с высокой плотностью и высокой степенью интеграции в области управления тепловым режимом и электронной промышленности.

Обычные теплопроводные пластики в основном наполнены металлическими или неорганическими частицами с высокой теплопроводностью для равномерного заполнения материалов полимерной матрицы.Когда количество наполнителя достигает определенного уровня, наполнитель образует в системе цепочечную и сетчатую морфологию, то есть теплопроводящую сетчатую цепочку.Когда направление ориентации этих теплопроводных сетчатых цепочек параллельно направлению теплового потока, теплопроводность системы значительно улучшается.

Пластмассы с высокой теплопроводностьюуглеродный наноматериал графенв качестве наполнителя может удовлетворить требования к разработке сборки с высокой плотностью и высокой степенью интеграции в области управления температурным режимом и электронной промышленности.Например, теплопроводность чистого полиамида 6 (ПА6) составляет 0,338 Вт/(м·К), при наполнении 50% глиноземом теплопроводность композита в 1,57 раза выше, чем у чистого ПА6;при добавлении 25% модифицированного оксида цинка теплопроводность композита в три раза выше, чем у чистого ПА6.При добавлении 20% графенового нанолиста теплопроводность композита достигает 4,11 Вт/(м·К), что более чем в 15 раз больше, чем у чистого PA6, что демонстрирует огромный потенциал графена в области терморегулирования.

1. Подготовка и теплопроводность композитов графен/полимер

Теплопроводность композитов графен/полимер неотделима от условий обработки в процессе приготовления.Различные методы приготовления влияют на дисперсию, межфазное действие и пространственную структуру наполнителя в матрице, и эти факторы определяют жесткость, прочность, ударную вязкость и пластичность композита.Что касается текущих исследований, то для композитов графен/полимер степень дисперсии графена и степень отслаивания листов графена можно контролировать, контролируя сдвиг, температуру и полярные растворители.

2. Факторы, влияющие на характеристики пластиков с высокой теплопроводностью, наполненных графеном.

2.1 Добавление количества графена

В пластике с высокой теплопроводностью, наполненном графеном, по мере увеличения количества графена в системе постепенно формируется цепочка теплопроводной сетки, что значительно улучшает теплопроводность композитного материала.

При изучении теплопроводности графеновых композитов на основе эпоксидной смолы (ЭП) установлено, что коэффициент заполнения графена (около 4 слоев) позволяет увеличить теплопроводность ЭП примерно в 30 раз до 6,44.Вт/(м•К), в то время как традиционным теплопроводным наполнителям для достижения этого эффекта требуется 70% (объемная доля) наполнителя.

2.2 Количество слоев графена
Для многослойного графена исследование 1-10 слоев графена показало, что при увеличении числа слоев графена с 2 до 4 теплопроводность уменьшилась с 2 800 Вт/(м•К) до 1300 Вт/(м•К). ).Отсюда следует, что теплопроводность графена имеет тенденцию к уменьшению с увеличением количества слоев.

Это связано с тем, что многослойный графен со временем будет агломерироваться, что приведет к снижению теплопроводности.В то же время дефекты в графене и неупорядоченность края будут снижать теплопроводность графена.

2.3 Типы субстрата
Основными компонентами пластмасс с высокой теплопроводностью являются матричные материалы и наполнители.Графен является лучшим выбором для наполнителей из-за его отличной теплопроводности. Различный состав матрицы влияет на теплопроводность.Полиамид (ПА) обладает хорошими механическими свойствами, термостойкостью, износостойкостью, низким коэффициентом трения, определенной огнестойкостью, простотой обработки, подходит для модификации наполнения, чтобы улучшить его характеристики и расширить область применения.

В результате исследования установлено, что при объемной доле графена 5 % теплопроводность композита в 4 раза выше, чем у обычного полимера, а при увеличении объемной доли графена до 40 % теплопроводность композита увеличивается в 20 раз..

2.4 Расположение и распределение графена в матрице
Было обнаружено, что направленная вертикальная укладка графена может улучшить его теплопроводность.
Кроме того, распределение наполнителя в матрице также влияет на теплопроводность композита.Когда наполнитель равномерно диспергирован в матрице и образует теплопроводную сетчатую цепочку, теплопроводность композита значительно улучшается.

2.5 Сопротивление интерфейса и сила связи интерфейса
Как правило, межфазная совместимость между частицами неорганического наполнителя и матрицей из органической смолы плохая, и частицы наполнителя легко агломерируются в матрице, что затрудняет образование однородной дисперсии.Кроме того, разница в поверхностном натяжении между частицами неорганического наполнителя и матрицей затрудняет смачивание поверхности частиц наполнителя матрицей из смолы, что приводит к образованию пустот на границе раздела между ними, тем самым увеличивая межфазное тепловое сопротивление. из полимерного композита.

3. Заключение
Пластмассы с высокой теплопроводностью, наполненные графеном, обладают высокой теплопроводностью и хорошей термостойкостью, и перспективы их развития очень широки.Помимо теплопроводности, графен обладает другими превосходными свойствами, такими как высокая прочность, высокие электрические и оптические свойства, и широко используется в мобильных устройствах, аэрокосмической отрасли и батареях новой энергии.

Hongwu Nano занимается исследованием и разработкой наноматериалов с 2002 года, и, основываясь на накопленном опыте и передовых технологиях, ориентированных на рынок, Hongwu Nano предоставляет разнообразные профессиональные индивидуальные услуги, чтобы предоставить пользователям различные профессиональные решения для более эффективного практического применения.