พลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูงแสดงให้เห็นถึงความสามารถพิเศษในตัวเหนี่ยวนำหม้อแปลง การกระจายความร้อนของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ สายเคเบิลพิเศษ บรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ หม้อใส่ความร้อน และสาขาอื่นๆ สำหรับประสิทธิภาพการประมวลผลที่ดี ราคาต่ำ และการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม พลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูงที่มีกราฟีนเป็นสารตัวเติมสามารถตอบสนองความต้องการของการพัฒนาชุดประกอบที่มีความหนาแน่นสูงและบูรณาการสูงในอุตสาหกรรมการจัดการความร้อนและอิเล็กทรอนิกส์

พลาสติกนำความร้อนแบบทั่วไปส่วนใหญ่จะเต็มไปด้วยโลหะที่นำความร้อนสูงหรืออนุภาคตัวเติมอนินทรีย์เพื่อเติมวัสดุเมทริกซ์โพลีเมอร์อย่างสม่ำเสมอ เมื่อปริมาณของตัวเติมถึงระดับหนึ่ง ตัวตัวเติมจะสร้างสัณฐานวิทยาที่มีลักษณะคล้ายโซ่และคล้ายเครือข่ายในระบบ นั่นคือ โซ่เครือข่ายที่นำความร้อนได้ เมื่อทิศทางของโซ่ตาข่ายนำความร้อนขนานกับทิศทางการไหลของความร้อน ค่าการนำความร้อนของระบบจะดีขึ้นอย่างมาก

พลาสติกนำความร้อนสูงด้วยกราฟีนวัสดุนาโนคาร์บอนเนื่องจากฟิลเลอร์สามารถตอบสนองความต้องการของการพัฒนาชุดประกอบที่มีความหนาแน่นสูงและบูรณาการสูงในการจัดการระบายความร้อนและอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่น ค่าการนำความร้อนของโพลีเอไมด์ 6 (PA6) บริสุทธิ์คือ 0.338 W / (m · K) เมื่อเติมอลูมินา 50% ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตจะเป็น 1.57 เท่าของ PA6 บริสุทธิ์ เมื่อเติมซิงค์ออกไซด์ที่ดัดแปลง 25% ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตจะสูงกว่าค่า PA6 บริสุทธิ์ถึงสามเท่า เมื่อเติมแผ่นนาโนกราฟีน 20% ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตจะสูงถึง 4.11 W/(m•K) ซึ่งเพิ่มขึ้นมากกว่า PA6 บริสุทธิ์ถึง 15 เท่า ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพมหาศาลของกราฟีนในด้านการจัดการความร้อน

1. การเตรียมและการนำความร้อนของคอมโพสิตกราฟีน/โพลีเมอร์

ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตกราฟีน/โพลีเมอร์ไม่สามารถแยกออกจากสภาวะการประมวลผลในกระบวนการเตรียมการได้ วิธีการเตรียมที่แตกต่างกันสร้างความแตกต่างในการกระจายตัว การกระทำของพื้นผิว และโครงสร้างเชิงพื้นที่ของฟิลเลอร์ในเมทริกซ์ และปัจจัยเหล่านี้จะกำหนดความแข็ง ความแข็งแรง ความเหนียว และความเหนียวของคอมโพสิต เท่าที่เกี่ยวข้องกับการวิจัยในปัจจุบัน สำหรับคอมโพสิตกราฟีน/โพลีเมอร์ ระดับการกระจายตัวของกราฟีนและระดับการลอกของแผ่นกราฟีนสามารถควบคุมได้โดยการควบคุมแรงเฉือน อุณหภูมิ และตัวทำละลายที่มีขั้ว

2. ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของกราฟีนที่เติมพลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูง

2.1 ปริมาณการเติมกราฟีน

ในพลาสติกการนำความร้อนสูงที่เต็มไปด้วยกราฟีน เมื่อปริมาณกราฟีนเพิ่มขึ้น ห่วงโซ่เครือข่ายการนำความร้อนจะค่อยๆ ก่อตัวขึ้นในระบบ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการนำความร้อนของวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมาก

จากการศึกษาค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตกราฟีนที่ใช้อีพอกซีเรซิน (EP) พบว่าอัตราส่วนการเติมของกราฟีน (ประมาณ 4 ชั้น) สามารถเพิ่มค่าการนำความร้อนของ EP ได้ประมาณ 30 เท่าเป็น 6.44 W/(m•K) ในขณะที่ตัวเติมนำความร้อนแบบดั้งเดิมต้องใช้ตัวเติม 70% (สัดส่วนของปริมาตร) เพื่อให้บรรลุผลนี้

2.2 จำนวนชั้นของกราฟีน
สำหรับกราฟีนหลายชั้น การศึกษาเกี่ยวกับกราฟีน 1-10 ชั้น พบว่าเมื่อจำนวนชั้นกราฟีนเพิ่มขึ้นจาก 2 เป็น 4 ชั้น ค่าการนำความร้อนลดลงจาก 2 800 W/(m•K) เป็น 1300 W/(m•K) ). ส่งผลให้ค่าการนำความร้อนของกราฟีนมีแนวโน้มลดลงตามจำนวนชั้นที่เพิ่มขึ้น

เนื่องจากกราฟีนหลายชั้นจะเกาะตัวกันตามเวลา ซึ่งจะทำให้ค่าการนำความร้อนลดลง ในเวลาเดียวกัน ข้อบกพร่องในกราฟีนและความผิดปกติของขอบจะลดการนำความร้อนของกราฟีน

2.3 ประเภทของวัสดุพิมพ์
ส่วนประกอบหลักของพลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูง ได้แก่ วัสดุเมทริกซ์และตัวเติม กราฟีนเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับฟิลเลอร์เนื่องจากมีการนำความร้อนได้ดีเยี่ยม องค์ประกอบของเมทริกซ์ที่แตกต่างกันส่งผลต่อการนำความร้อน โพลีเอไมด์ (PA) มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ทนความร้อน ทนต่อการสึกหรอ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ สารหน่วงไฟบางชนิด แปรรูปง่าย เหมาะสำหรับการดัดแปลงไส้กรอง เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและขยายขอบเขตการใช้งาน

การศึกษาพบว่าเมื่อสัดส่วนปริมาตรของกราฟีนอยู่ที่ 5% ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตจะสูงกว่าโพลีเมอร์ทั่วไปถึง 4 เท่า และเมื่อสัดส่วนปริมาตรของกราฟีนเพิ่มขึ้นเป็น 40% ค่าการนำความร้อนของคอมโพสิตจะสูงขึ้น เพิ่มขึ้น 20 เท่า -

2.4 การจัดเรียงและการกระจายกราฟีนในเมทริกซ์
พบว่าการวางซ้อนทิศทางในแนวตั้งของกราฟีนสามารถปรับปรุงการนำความร้อนได้
นอกจากนี้ การกระจายตัวของฟิลเลอร์ในเมทริกซ์ยังส่งผลต่อการนำความร้อนของคอมโพสิตด้วย เมื่อฟิลเลอร์กระจายตัวสม่ำเสมอในเมทริกซ์และก่อตัวเป็นเครือข่ายโซ่นำความร้อน การนำความร้อนของคอมโพสิตจะดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

2.5 ความต้านทานของอินเทอร์เฟซและความแข็งแรงของการเชื่อมต่อของอินเทอร์เฟซ
โดยทั่วไป ความเข้ากันได้ของอินเทอร์เฟซระหว่างอนุภาคตัวเติมอนินทรีย์และเมทริกซ์เรซินอินทรีย์นั้นไม่ดี และอนุภาคตัวเติมจะเกาะกลุ่มกันได้ง่ายในเมทริกซ์ ทำให้ยากต่อการสร้างการกระจายตัวที่สม่ำเสมอ นอกจากนี้ ความแตกต่างของแรงตึงผิวระหว่างอนุภาคตัวเติมอนินทรีย์และเมทริกซ์ทำให้พื้นผิวของอนุภาคตัวเติมเปียกโดยเมทริกซ์เรซินได้ยาก ส่งผลให้เกิดช่องว่างที่ส่วนต่อประสานระหว่างทั้งสอง จึงเพิ่มความต้านทานความร้อนระหว่างพื้นผิว ของพอลิเมอร์คอมโพสิต

3. บทสรุป
พลาสติกที่มีค่าการนำความร้อนสูงที่เต็มไปด้วยกราฟีนมีค่าการนำความร้อนสูงและมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีและมีโอกาสในการพัฒนาที่กว้างมาก นอกจากการนำความร้อนแล้ว กราฟีนยังมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมอื่นๆ เช่น ความแข็งแรงสูง คุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางแสงสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์เคลื่อนที่ การบินและอวกาศ และแบตเตอรี่พลังงานใหม่

Hongwu Nano ค้นคว้าและพัฒนาวัสดุนาโนมาตั้งแต่ปี 2545 และด้วยประสบการณ์ที่สั่งสมมาและเทคโนโลยีขั้นสูง โดยมุ่งเน้นตลาด Hongwu Nano จึงมอบบริการที่ปรับแต่งอย่างมืออาชีพที่หลากหลาย เพื่อมอบโซลูชันระดับมืออาชีพที่แตกต่างกันแก่ผู้ใช้เพื่อการใช้งานจริงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น