Nhựa dẫn nhiệt cao thể hiện tài năng phi thường trong cuộn cảm máy biến áp, tản nhiệt linh kiện điện tử, cáp đặc biệt, bao bì điện tử, bầu nhiệt và các lĩnh vực khác nhờ hiệu suất xử lý tốt, giá thấp và khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời.Nhựa dẫn nhiệt cao với graphene làm chất độn có thể đáp ứng các yêu cầu phát triển lắp ráp mật độ cao và tích hợp cao trong quản lý nhiệt và công nghiệp điện tử.

Nhựa dẫn nhiệt thông thường chủ yếu được lấp đầy bằng các hạt phụ vô cơ hoặc kim loại dẫn nhiệt cao để lấp đầy vật liệu ma trận polymer một cách đồng đều.Khi lượng chất độn đạt đến một mức nhất định, chất độn sẽ tạo thành một hình thái giống như chuỗi và giống như mạng trong hệ thống, tức là một chuỗi mạng dẫn nhiệt.Khi hướng định hướng của các chuỗi lưới dẫn nhiệt này song song với hướng dòng nhiệt, khả năng dẫn nhiệt của hệ thống được cải thiện rất nhiều.

Nhựa dẫn nhiệt cao vớivật liệu nano cacbon graphenvì chất độn có thể đáp ứng các yêu cầu về phát triển lắp ráp mật độ cao và tích hợp cao trong quản lý nhiệt và công nghiệp điện tử.Ví dụ, độ dẫn nhiệt của polyamit 6 nguyên chất (PA6) là 0,338 W / (m · K), khi chứa 50% alumina, độ dẫn nhiệt của composite gấp 1,57 lần so với PA6 nguyên chất;khi thêm 25% oxit kẽm biến tính, độ dẫn nhiệt của composite cao gấp 3 lần so với PA6 nguyên chất.Khi thêm 20% tấm nano graphene vào, độ dẫn nhiệt của hỗn hợp đạt 4,11 W/(m•K), tăng hơn 15 lần so với PA6 nguyên chất, điều này chứng tỏ tiềm năng to lớn của graphene trong lĩnh vực quản lý nhiệt.

1. Chuẩn bị và tính dẫn nhiệt của vật liệu tổng hợp graphene/polyme

Độ dẫn nhiệt của vật liệu tổng hợp graphene/polyme không thể tách rời khỏi các điều kiện xử lý trong quá trình chuẩn bị.Các phương pháp chuẩn bị khác nhau tạo ra sự khác biệt về độ phân tán, hoạt động giao thoa và cấu trúc không gian của chất độn trong ma trận và những yếu tố này quyết định độ cứng, độ bền, độ dai và độ dẻo của hỗn hợp.Theo như nghiên cứu hiện tại, đối với vật liệu tổng hợp graphene/polyme, mức độ phân tán của graphene và mức độ bong tróc của các tấm graphene có thể được kiểm soát bằng cách kiểm soát lực cắt, nhiệt độ và dung môi phân cực.

2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của nhựa dẫn nhiệt cao chứa đầy graphene

2.1 Lượng Graphene bổ sung

Trong nhựa dẫn nhiệt cao chứa đầy graphene, khi lượng graphene tăng lên, chuỗi mạng dẫn nhiệt dần dần được hình thành trong hệ thống, giúp cải thiện đáng kể tính dẫn nhiệt của vật liệu composite.

Bằng cách nghiên cứu tính dẫn nhiệt của vật liệu tổng hợp graphene dựa trên nhựa epoxy (EP), người ta thấy rằng tỷ lệ lấp đầy của graphene (khoảng 4 lớp) có thể làm tăng độ dẫn nhiệt của EP khoảng 30 lần lên 6,44.W/(m•K), trong khi chất độn dẫn nhiệt truyền thống yêu cầu 70% (phần thể tích) chất độn để đạt được hiệu ứng này.

2.2 Số lớp Graphene
Đối với graphene đa lớp, nghiên cứu trên 1-10 lớp graphene cho thấy khi số lớp graphene tăng từ 2 lên 4, độ dẫn nhiệt giảm từ 2 800 W/(m•K) xuống 1300 W/(m•K) ).Theo đó, độ dẫn nhiệt của graphene có xu hướng giảm khi số lớp tăng lên.

Điều này là do graphene đa lớp sẽ kết tụ theo thời gian, điều này sẽ làm giảm độ dẫn nhiệt.Đồng thời, các khuyết tật trong graphene và sự rối loạn của cạnh sẽ làm giảm tính dẫn nhiệt của graphene.

2.3 Các loại chất nền
Các thành phần chính của nhựa dẫn nhiệt cao bao gồm vật liệu ma trận và chất độn.Graphene là lựa chọn tốt nhất cho chất độn vì tính dẫn nhiệt tuyệt vời của nó. Các thành phần ma trận khác nhau ảnh hưởng đến tính dẫn nhiệt.Polyamide (PA) có tính chất cơ học tốt, khả năng chịu nhiệt, chống mài mòn, hệ số ma sát thấp, khả năng chống cháy nhất định, dễ xử lý, thích hợp để sửa đổi chất làm đầy, để cải thiện hiệu suất và mở rộng lĩnh vực ứng dụng.

Nghiên cứu cho thấy rằng khi tỷ lệ thể tích của graphene là 5%, độ dẫn nhiệt của composite cao gấp 4 lần so với polyme thông thường và khi tỷ lệ thể tích của graphene tăng lên 40%, độ dẫn nhiệt của composite được tăng lên 20 lần..

2.4 Sự sắp xếp và phân bố của graphene trong ma trận
Người ta đã phát hiện ra rằng việc xếp chồng graphene theo chiều dọc có thể cải thiện tính dẫn nhiệt của nó.
Ngoài ra, sự phân bố của chất độn trong ma trận cũng ảnh hưởng đến tính dẫn nhiệt của composite.Khi chất độn được phân tán đồng đều trong ma trận và tạo thành chuỗi mạng dẫn nhiệt, khả năng dẫn nhiệt của composite được cải thiện đáng kể.

2.5 Điện trở giao diện và cường độ khớp nối giao diện
Nhìn chung, khả năng tương thích bề mặt giữa các hạt chất độn vô cơ và ma trận nhựa hữu cơ kém, các hạt chất độn dễ kết tụ trong ma trận, khó tạo thành sự phân tán đồng nhất.Ngoài ra, sự khác biệt về sức căng bề mặt giữa các hạt chất độn vô cơ và ma trận khiến bề mặt của các hạt chất độn khó bị ma trận nhựa làm ướt, dẫn đến khoảng trống ở giao diện giữa hai chất nền, do đó làm tăng khả năng chịu nhiệt của bề mặt. của hỗn hợp polyme.

3. Kết luận
Nhựa dẫn nhiệt cao chứa đầy graphene có tính dẫn nhiệt cao và ổn định nhiệt tốt, triển vọng phát triển của chúng rất rộng.Bên cạnh tính dẫn nhiệt, graphene còn có các đặc tính tuyệt vời khác, chẳng hạn như độ bền cao, tính chất điện và quang cao, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di động, hàng không vũ trụ và pin năng lượng mới.

Hongwu Nano đã nghiên cứu và phát triển vật liệu nano từ năm 2002, và dựa trên kinh nghiệm trưởng thành và công nghệ tiên tiến, định hướng thị trường, Hongwu Nano cung cấp các dịch vụ tùy chỉnh chuyên nghiệp đa dạng để cung cấp cho người dùng các giải pháp chuyên nghiệp khác nhau cho các ứng dụng thực tế hiệu quả hơn.