Plasty s vysokou tepelnou vodivosťou vykazujú mimoriadne schopnosti v tlmivkách transformátorov, odvádzaní tepla elektronických komponentov, špeciálnych kábloch, elektronických obaloch, tepelnom zalievaní a iných oblastiach pre ich dobrý spracovateľský výkon, nízku cenu a vynikajúcu tepelnú vodivosť.Plasty s vysokou tepelnou vodivosťou s grafénom ako plnivom môžu spĺňať požiadavky na vývoj zostavy s vysokou hustotou a vysokou integráciou v tepelnom manažmente a elektronickom priemysle.

Bežné tepelne vodivé plasty sú plnené hlavne vysoko tepelne vodivými kovovými alebo anorganickými časticami plniva, aby rovnomerne vyplnili materiály polymérnej matrice.Keď množstvo plniva dosiahne určitú úroveň, plnivo vytvorí v systéme reťazcovú a sieťovitú morfológiu, to znamená tepelne vodivý sieťový reťazec.Keď je smer orientácie týchto tepelne vodivých sieťových reťazcov rovnobežný so smerom tepelného toku, tepelná vodivosť systému sa výrazne zlepší.

Vysoko tepelne vodivé plasty suhlíkový nanomateriál grafénako plnivo môže spĺňať požiadavky na vývoj zostavy s vysokou hustotou a vysokou integráciou v tepelnom manažmente a elektronickom priemysle.Napríklad tepelná vodivosť čistého polyamidu 6 (PA6) je 0,338 W / (m · K), pri naplnení 50 % oxidom hlinitým je tepelná vodivosť kompozitu 1,57-krát vyššia ako vodivosť čistého PA6;pri pridaní 25 % modifikovaného oxidu zinočnatého je tepelná vodivosť kompozitu trikrát vyššia ako u čistého PA6.Keď sa pridá 20% nanovrstva grafénu, tepelná vodivosť kompozitu dosiahne 4,11 W/(m•K), čo je viac ako 15-násobné zvýšenie oproti čistému PA6, čo demonštruje obrovský potenciál grafénu v oblasti tepelného manažmentu.

1. Príprava a tepelná vodivosť grafén/polymérových kompozitov

Tepelná vodivosť grafén/polymérových kompozitov je neoddeliteľná od podmienok spracovania v procese prípravy.Rôzne spôsoby prípravy spôsobujú rozdiel v disperzii, medzifázovom pôsobení a priestorovej štruktúre plniva v matrici a tieto faktory určujú tuhosť, pevnosť, húževnatosť a ťažnosť kompozitu.Pokiaľ ide o súčasný výskum, v prípade kompozitov grafén/polymér možno stupeň disperzie grafénu a stupeň odlupovania grafénových plátov kontrolovať riadením šmyku, teploty a polárnych rozpúšťadiel.

2. Faktory ovplyvňujúce výkonnosť plastov s vysokou tepelnou vodivosťou plnených grafénom

2.1 Pridané množstvo grafénu

V plaste s vysokou tepelnou vodivosťou plnenom grafénom sa so zvyšujúcim sa množstvom grafénu v systéme postupne vytvára reťazec tepelnej vodivosti, čo výrazne zlepšuje tepelnú vodivosť kompozitného materiálu.

Štúdiom tepelnej vodivosti grafénových kompozitov na báze epoxidovej živice (EP) sa zistilo, že plniaci pomer grafénu (asi 4 vrstvy) môže zvýšiť tepelnú vodivosť EP asi 30-krát na 6,44.W/(m•K), zatiaľ čo tradičné tepelne vodivé plnivá vyžadujú na dosiahnutie tohto efektu 70 % (objemový podiel) plniva.

2.2 Počet vrstiev grafénu
V prípade viacvrstvového grafénu štúdia na 1 až 10 vrstvách grafénu zistila, že keď sa počet vrstiev grafénu zvýšil z 2 na 4, tepelná vodivosť sa znížila z 2 800 W/(m•K) na 1300 W/(m•K ).Z toho vyplýva, že tepelná vodivosť grafénu má tendenciu klesať so zvyšujúcim sa počtom vrstiev.

Je to preto, že viacvrstvový grafén sa bude časom aglomerovať, čo spôsobí zníženie tepelnej vodivosti.Vady v graféne a porucha okraja zároveň znížia tepelnú vodivosť grafénu.

2.3 Druhy substrátov
Medzi hlavné zložky plastov s vysokou tepelnou vodivosťou patria matricové materiály a plnivá.Grafén je najlepšou voľbou pre plnivá, pretože má vynikajúcu tepelnú vodivosť. Tepelnú vodivosť ovplyvňujú rôzne zloženia matrice.Polyamid (PA) má dobré mechanické vlastnosti, tepelnú odolnosť, odolnosť proti opotrebovaniu, nízky koeficient trenia, určitú retardáciu horenia, ľahké spracovanie, vhodný na úpravu výplne, na zlepšenie jeho výkonu a rozšírenie oblasti použitia.

Štúdia zistila, že keď je objemový podiel grafénu 5 %, tepelná vodivosť kompozitu je 4-krát vyššia ako u bežného polyméru, a keď sa objemový podiel grafénu zvýši na 40 %, tepelná vodivosť kompozitu. sa zvýši 20-krát..

2.4 Usporiadanie a distribúcia grafénu v matrici
Zistilo sa, že smerové vertikálne stohovanie grafénu môže zlepšiť jeho tepelnú vodivosť.
Okrem toho distribúcia plniva v matrici ovplyvňuje aj tepelnú vodivosť kompozitu.Keď je plnivo rovnomerne rozptýlené v matrici a tvorí tepelne vodivú sieťovú reťaz, tepelná vodivosť kompozitu sa výrazne zlepší.

2.5 Odolnosť rozhrania a pevnosť spojenia rozhrania
Vo všeobecnosti je medzifázová kompatibilita medzi časticami anorganického plniva a matricou organickej živice slabá a častice plniva sa v matrici ľahko aglomerujú, čo sťažuje vytvorenie rovnomernej disperzie.Okrem toho rozdiel v povrchovom napätí medzi časticami anorganického plniva a matricou sťažuje zmáčanie povrchu častíc plniva matricou živice, čo vedie k dutinám na rozhraní medzi nimi, čím sa zvyšuje tepelný odpor na rozhraní. polymérneho kompozitu.

3. Záver
Plasty s vysokou tepelnou vodivosťou plnené grafénom majú vysokú tepelnú vodivosť a dobrú tepelnú stabilitu a perspektívy ich vývoja sú veľmi široké.Okrem tepelnej vodivosti má grafén ďalšie vynikajúce vlastnosti, ako je vysoká pevnosť, vysoké elektrické a optické vlastnosti, a je široko používaný v mobilných zariadeniach, letectve a nových energetických batériách.

Hongwu Nano skúma a vyvíja nanomateriály od roku 2002 a na základe zrelých skúseností a pokročilých technológií, orientovaných na trh, Hongwu Nano poskytuje diverzifikované profesionálne prispôsobené služby, ktoré používateľom poskytujú rôzne profesionálne riešenia pre efektívnejšie praktické aplikácie.