Plastika z visoko toplotno prevodnostjo kaže izredne talente pri transformatorskih induktorjih, odvajanju toplote elektronskih komponent, posebnih kablih, elektronskih embalažah, toplotnem polnjenju in drugih področjih zaradi dobre obdelave, nizke cene in odlične toplotne prevodnosti.Plastika z visoko toplotno prevodnostjo z grafenom kot polnilom lahko izpolni zahteve za visoko gostoto in visoko integracijski razvoj sklopov v upravljanju toplote in elektronski industriji.

Konvencionalna toplotno prevodna plastika je v glavnem polnjena s kovinskimi ali anorganskimi delci polnila z visoko toplotno prevodnostjo, da enakomerno zapolni materiale polimerne matrice.Ko količina polnila doseže določeno raven, polnilo v sistemu tvori verižno in mrežasto morfologijo, to je toplotno prevodno mrežno verigo.Ko je smer usmeritve teh toplotno prevodnih mrežnih verig vzporedna s smerjo toplotnega toka, se toplotna prevodnost sistema močno izboljša.

Plastika z visoko toplotno prevodnostjoogljikov nanomaterial grafenkot polnilo lahko izpolnjuje zahteve visoke gostote in visoke integracije razvoja sklopov v upravljanju toplote in elektronski industriji.Na primer, toplotna prevodnost čistega poliamida 6 (PA6) je 0,338 W / (m · K), ko je napolnjen s 50% aluminijevega oksida, je toplotna prevodnost kompozita 1,57-krat večja od čistega PA6;pri dodatku 25% modificiranega cinkovega oksida je toplotna prevodnost kompozita trikrat višja kot pri čistem PA6.Ko dodamo 20-odstotni grafenski nanolist, toplotna prevodnost kompozita doseže 4,11 W/(m•K), kar je več kot 15-krat več kot pri čistem PA6, kar dokazuje ogromen potencial grafena na področju toplotnega upravljanja.

1. Priprava in toplotna prevodnost kompozitov grafen/polimer

Toplotna prevodnost kompozitov grafen/polimer je neločljiva od pogojev obdelave v procesu priprave.Različne metode priprave vplivajo na disperzijo, medfazno delovanje in prostorsko strukturo polnila v matriksu, ti dejavniki pa določajo togost, trdnost, žilavost in duktilnost kompozita.Kar zadeva trenutne raziskave, je za grafen/polimerne kompozite mogoče nadzorovati stopnjo razpršenosti grafena in stopnjo luščenja grafenskih listov z nadzorovanjem striga, temperature in polarnih topil.

2. Dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost plastike z visoko toplotno prevodnostjo, polnjene z grafenom

2.1 Dodatna količina grafena

V plastiki z visoko toplotno prevodnostjo, napolnjeni z grafenom, se z večanjem količine grafena v sistemu postopoma oblikuje toplotno prevodna mrežna veriga, ki močno izboljša toplotno prevodnost kompozitnega materiala.

S preučevanjem toplotne prevodnosti grafenskih kompozitov na osnovi epoksi smole (EP) je bilo ugotovljeno, da lahko razmerje polnjenja grafena (približno 4 plasti) poveča toplotno prevodnost EP za približno 30-krat na 6,44.W/(m•K), medtem ko tradicionalna toplotno prevodna polnila zahtevajo 70 % (volumenski delež) polnila, da dosežejo ta učinek.

2.2 Število plasti grafena
Za večplastni grafen je študija na 1–10 slojih grafena pokazala, da se je toplotna prevodnost, ko se je število grafenskih plasti povečalo z 2 na 4, zmanjšala z 2800 W/(m•K) na 1300 W/(m•K). ).Iz tega sledi, da toplotna prevodnost grafena pada s povečevanjem števila plasti.

To je zato, ker se bo večplastni grafen sčasoma aglomeriral, kar bo povzročilo zmanjšanje toplotne prevodnosti.Hkrati bodo napake v grafenu in neurejenost roba zmanjšale toplotno prevodnost grafena.

2.3 Vrste podlage
Glavne komponente plastike z visoko toplotno prevodnostjo vključujejo matrične materiale in polnila.Grafen je zaradi svoje odlične toplotne prevodnosti najboljša izbira za polnila. Različne sestave matrik vplivajo na toplotno prevodnost.Poliamid (PA) ima dobre mehanske lastnosti, toplotno odpornost, odpornost proti obrabi, nizek koeficient trenja, določeno odpornost na gorenje, enostavno obdelavo, primeren za modifikacijo polnila, za izboljšanje njegove učinkovitosti in razširitev področja uporabe.

Študija je pokazala, da ko je volumski delež grafena 5 %, je toplotna prevodnost kompozita 4-krat višja kot pri običajnem polimeru, ko pa se volumski delež grafena poveča na 40 %, je toplotna prevodnost kompozita se poveča za 20-krat..

2.4 Razporeditev in porazdelitev grafena v matriki
Ugotovljeno je bilo, da lahko usmerjeno navpično zlaganje grafena izboljša njegovo toplotno prevodnost.
Poleg tega porazdelitev polnila v matrici vpliva tudi na toplotno prevodnost kompozita.Ko je polnilo enakomerno razpršeno v matrici in tvori toplotno prevodno mrežno verigo, se toplotna prevodnost kompozita znatno izboljša.

2.5 Upornost vmesnika in spojna trdnost vmesnika
Na splošno je medfazna združljivost med delci anorganskega polnila in matrico organske smole slaba, delci polnila pa se zlahka aglomerirajo v matrici, zaradi česar je težko oblikovati enotno disperzijo.Poleg tega razlika v površinski napetosti med anorganskimi delci polnila in matriko otežuje, da bi se površina delcev polnila zmočila s smolno matriko, kar povzroči praznine na vmesniku med obema, s čimer se poveča medfazni toplotni upor polimernega kompozita.

3. Zaključek
Plastika z visoko toplotno prevodnostjo, polnjena z grafenom, ima visoko toplotno prevodnost in dobro toplotno stabilnost, zato so možnosti za njihov razvoj zelo široke.Poleg toplotne prevodnosti ima grafen še druge odlične lastnosti, kot so visoka trdnost, visoke električne in optične lastnosti, in se pogosto uporablja v mobilnih napravah, letalstvu in baterijah za novo energijo.

Hongwu Nano raziskuje in razvija nanomateriale od leta 2002 in na podlagi zrelih izkušenj in napredne tehnologije, tržno usmerjen, Hongwu Nano zagotavlja raznolike profesionalne prilagojene storitve, ki uporabnikom zagotavljajo različne profesionalne rešitve za učinkovitejše praktične aplikacije.