พลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูงแสดงให้เห็นถึงความสามารถพิเศษในตัวเหนี่ยวนำหม้อแปลง การกระจายความร้อนของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ สายเคเบิลพิเศษ บรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ การเติมความร้อน และสาขาอื่นๆ สำหรับประสิทธิภาพการประมวลผลที่ดี ราคาต่ำ และการนำความร้อนที่ดีเยี่ยมพลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูงที่มีกราฟีนเป็นสารตัวเติมสามารถตอบสนองความต้องการของความหนาแน่นสูงและการพัฒนาการประกอบแบบบูรณาการสูงในการจัดการความร้อนและอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

พลาสติกนำความร้อนทั่วไปส่วนใหญ่เติมด้วยโลหะนำความร้อนสูงหรืออนุภาคตัวเติมอนินทรีย์เพื่อเติมวัสดุเมทริกซ์โพลิเมอร์อย่างสม่ำเสมอเมื่อปริมาณของสารตัวเติมถึงระดับหนึ่ง สารตัวเติมจะสร้างสัณฐานวิทยาคล้ายโซ่และคล้ายเครือข่ายในระบบ นั่นคือ โซ่เครือข่ายที่นำความร้อนเมื่อทิศทางการวางแนวของโซ่ตาข่ายที่นำความร้อนเหล่านี้ขนานกับทิศทางการไหลของความร้อน การนำความร้อนของระบบจะดีขึ้นอย่างมาก

พลาสติกนำความร้อนสูงด้วยกราฟีนวัสดุนาโนคาร์บอนเนื่องจากฟิลเลอร์สามารถตอบสนองความต้องการของความหนาแน่นสูงและการพัฒนาแอสเซมบลีแบบบูรณาการสูงในการจัดการระบายความร้อนและอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ตัวอย่างเช่น ค่าการนำความร้อนของโพลิเอไมด์บริสุทธิ์ 6 (PA6) คือ 0.338 W / (m · K) เมื่อเติมด้วยอลูมินา 50% ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตจะเท่ากับ 1.57 เท่าของ PA6 บริสุทธิ์เมื่อเติมซิงค์ออกไซด์ที่ผ่านการดัดแปรแล้ว 25% ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตจะสูงกว่า PA6 บริสุทธิ์ถึงสามเท่าเมื่อเติมแผ่นนาโนกราฟีน 20% ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตจะสูงถึง 4.11 W/(m•K) ซึ่งเพิ่มขึ้นกว่า PA6 บริสุทธิ์ถึง 15 เท่า ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพมหาศาลของกราฟีนในด้านการจัดการความร้อน

1. การเตรียมและการนำความร้อนของวัสดุผสมกราฟีน/โพลิเมอร์

การนำความร้อนของวัสดุผสมกราฟีน/โพลิเมอร์นั้นแยกออกจากสภาวะการประมวลผลในกระบวนการเตรียมการไม่ได้วิธีการเตรียมที่แตกต่างกันสร้างความแตกต่างในการกระจายตัว การกระทำระหว่างผิวหน้า และโครงสร้างเชิงพื้นที่ของสารตัวเติมในเมทริกซ์ และปัจจัยเหล่านี้กำหนดความแข็ง ความแข็งแรง ความเหนียว และความเหนียวของคอมโพสิตเท่าที่เกี่ยวข้องกับการวิจัยในปัจจุบัน สำหรับวัสดุผสมกราฟีน/โพลิเมอร์ ระดับการกระจายตัวของกราฟีนและระดับการหลุดลอกของแผ่นกราฟีนสามารถควบคุมได้โดยการควบคุมแรงเฉือน อุณหภูมิ และตัวทำละลายที่มีขั้ว

2. ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของกราฟีนเติมพลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูง

2.1 ปริมาณกราฟีนที่เพิ่มขึ้น

ในพลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูงซึ่งเต็มไปด้วยกราฟีน เมื่อปริมาณของกราฟีนเพิ่มขึ้น ห่วงโซ่เครือข่ายการนำความร้อนจะค่อยๆ ก่อตัวขึ้นในระบบ ซึ่งช่วยปรับปรุงการนำความร้อนของวัสดุผสมได้อย่างมาก

จากการศึกษาค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตกราฟีนที่มีอีพอกซีเรซิน (EP) พบว่าอัตราส่วนการบรรจุของกราฟีน (ประมาณ 4 ชั้น) สามารถเพิ่มค่าการนำความร้อนของ EP ได้ประมาณ 30 เท่าเป็น 6.44W/(m•K) ในขณะที่ฟิลเลอร์นำความร้อนแบบดั้งเดิมต้องการ 70% (เศษปริมาตร) ของฟิลเลอร์เพื่อให้ได้ผลดังกล่าว

2.2 จำนวนชั้นของกราฟีน
สำหรับกราฟีนแบบหลายชั้น การศึกษาบนกราฟีน 1-10 ชั้นพบว่าเมื่อจำนวนชั้นของกราฟีนเพิ่มขึ้นจาก 2 เป็น 4 ชั้น ค่าการนำความร้อนจะลดลงจาก 2 800 W/(m•K) เป็น 1300 W/(m•K) ).ตามมาด้วยค่าการนำความร้อนของกราฟีนมีแนวโน้มลดลงเมื่อจำนวนชั้นเพิ่มขึ้น

เนื่องจากกราฟีนหลายชั้นจะเกาะตัวกันตามเวลา ซึ่งจะทำให้ค่าการนำความร้อนลดลงในขณะเดียวกัน ข้อบกพร่องในกราฟีนและความผิดปกติของขอบจะทำให้การนำความร้อนของกราฟีนลดลง

2.3 ประเภทของพื้นผิว
ส่วนประกอบหลักของพลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูง ได้แก่ วัสดุเมทริกซ์และสารตัวเติมกราฟีนเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับสารตัวเติมเนื่องจากมีคุณสมบัติการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม องค์ประกอบเมทริกซ์ที่แตกต่างกันส่งผลต่อการนำความร้อนโพลิเอไมด์ (PA) มีสมบัติเชิงกลที่ดี ทนความร้อน ต้านทานการสึกหรอ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ สารหน่วงการติดไฟ การประมวลผลง่าย เหมาะสำหรับการดัดแปลงไส้ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและขยายขอบเขตการใช้งาน

จากการศึกษาพบว่าเมื่อสัดส่วนปริมาตรของกราฟีนเท่ากับ 5% ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตจะสูงกว่าพอลิเมอร์ธรรมดาถึง 4 เท่า และเมื่อส่วนปริมาตรของกราฟีนเพิ่มขึ้นเป็น 40% ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิต เพิ่มขึ้น 20 เท่า.

2.4 การจัดเรียงและการกระจายกราฟีนในเมทริกซ์
พบว่าการซ้อนกราฟีนในแนวดิ่งตามทิศทางสามารถปรับปรุงการนำความร้อนได้
นอกจากนี้ การกระจายตัวของสารตัวเติมในเมทริกซ์ยังส่งผลต่อการนำความร้อนของคอมโพสิตด้วยเมื่อสารตัวเติมถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์และสร้างห่วงโซ่เครือข่ายที่นำความร้อนได้ ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตจะดีขึ้นอย่างมาก

2.5 ความต้านทานของส่วนต่อประสานและความแข็งแรงของข้อต่อส่วนต่อประสาน
โดยทั่วไป ความเข้ากันได้ระหว่างผิวหน้าระหว่างอนุภาคสารตัวเติมอนินทรีย์กับเมทริกซ์เรซินอินทรีย์นั้นไม่ดี และอนุภาคสารตัวเติมจะรวมตัวกันได้ง่ายในเมทริกซ์ ทำให้ยากต่อการกระจายตัวที่สม่ำเสมอนอกจากนี้ ความแตกต่างของแรงตึงผิวระหว่างอนุภาคสารตัวเติมอนินทรีย์และเมทริกซ์ทำให้พื้นผิวของอนุภาคสารตัวเติมถูกเมทริกซ์เรซินเปียกได้ยาก ส่งผลให้เกิดช่องว่างที่ส่วนต่อประสานระหว่างทั้งสอง ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความต้านทานความร้อนระหว่างผิวหน้า ของพอลิเมอร์คอมโพสิท

3. บทสรุป
พลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูงที่เติมด้วยกราฟีนมีค่าการนำความร้อนสูงและมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี และโอกาสในการพัฒนานั้นกว้างมากนอกจากการนำความร้อนแล้ว กราฟีนยังมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมอื่นๆ เช่น ความแข็งแรงสูง คุณสมบัติทางไฟฟ้าและแสงสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์เคลื่อนที่ การบินและอวกาศ และแบตเตอรี่พลังงานใหม่

Hongwu Nano ทำการวิจัยและพัฒนาวัสดุนาโนมาตั้งแต่ปี 2545 และจากประสบการณ์ที่ครบกำหนดและเทคโนโลยีขั้นสูงที่มุ่งเน้นตลาด Hongwu Nano ให้บริการปรับแต่งระดับมืออาชีพที่หลากหลายเพื่อให้ผู้ใช้ได้รับโซลูชันระดับมืออาชีพที่แตกต่างกันสำหรับการใช้งานจริงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น