• 關於AG8APP
    聯係我們
    • 電話:17766358885
    • 郵箱:098@ymdsc.com
    • 地址:無錫市錫山區
                春暉東路151號
    在線客服
    公司新聞您當前的位置:首頁 >> 關於AG8APP >> 公司新聞

    石墨烯填充高導熱塑料研究進展

    發布日期:2017-09-25

    高導熱塑料因其良好的加工性能、低廉的價格以及優異的導熱性能而在變壓器電感、電子元器件散熱、特種電纜、電子封裝、導熱灌封等領域大放異彩。以石墨烯為填料的高導熱塑料能夠滿足熱管理、電子工業中高密度、高集成度組裝發展的要求。

    隨著工業生產和科學技術的發展,人們對導熱材料也提出了更高的要求。具有優良導熱性能的陶瓷、金屬等材料,由於其電絕緣性和加工性能較差、成本高,已經難以適應現代技術發展的需求。因此,開發新型導熱複合材料已經成為當前研究的熱點。

    高導熱塑料因其良好的加工性能、低廉的價格以及優異的導熱性能而在變壓器電感、電子元器件散熱、特種電纜、電子封裝、導熱灌封等領域大放異彩。近年來,導熱塑料愈來愈受到重視,其應用領域亦不斷拓展。


    以石墨烯為填料的高導熱塑料能夠滿足熱管理、電子工業中高密度、高集成度組裝發展的要求。例如純聚酰胺6(PA6)的熱導率為0.338 W/(m?K),當填充50%的氧化鋁時,複合材料的熱導率為純PA6的1.57倍;當添加25%的改性氧化鋅時,複合材料的熱導率比純PA6提高了3倍;而當添加20%的石墨烯納米片時,複合材料的熱導率達到4.11 W/(m?K),比純PA6提高了15倍以上,這展示了石墨烯在熱管理領域的巨大應用潛力。

    1.1 石墨烯的製備
     自從Andre Geim和Konstantin Novoselov於2004年首次采用“微機械分離法”獲得石墨烯以來,已有很多方法被用來製備石墨烯。這些製備方法按製備思路可以分為兩大類:(1)自下而上地在限定的基底上利用小分子碳源原位生長出石墨烯;(2)自上而下地以石墨為原料,橫向剝離,如機械剝離法、液相剝離法和氧化還原法等。其具體製備方法如表1所示。


    低維碳納米材料,如石墨烯和碳納米管等,具有高達3 000~6 000 W/(m?K)的熱導率。Balandin等依據激光激發功率測得的拉曼G峰頻率和獨立測量的G峰溫度係數得出單層石墨烯的室溫熱導率高達5 300 W/(m?K),明顯高於碳納米管(3 000~3 500 W/(m?K))和金剛石,是室溫下銅熱導率(約為400W/(m?K))的10倍多。

    Seol等將石墨烯放置在二氧化矽基底上,此時石墨烯與基底的相互作用會造成聲子散射,其熱導率降至600 W/(m?K),但仍高於工業中廣泛使用的金屬銅(400 W/(m?K))。事實上,石墨烯不可避免會有缺陷,比如結構缺失和邊緣粗糙,而這些缺陷的存在會影響石墨烯的導熱性能。

    二、石墨烯/聚合物複合材料的製備及其導熱性能

    傳統石墨烯/聚合物複合材料的製備方法包括溶液混合法和熔融共混法,而在化學改性方麵應用較多的還有原位聚合法、乳液混合法、層層自組裝技術(LbL)等。

    研究發現,與熔融共混法相比,溶液混合法能將石墨烯更好地分散在聚合物基體中。這種方法因其分散效果好、製備速度快以及能夠很好地控製各成分的狀態而得到了廣泛的應用;但該方法需要使用有機溶劑,會對環境造成不良影響。

    熔融共混中由於分別製備石墨烯和聚合物,因此石墨烯的尺寸與形態可控,但是石墨烯在聚合物基體中集聚而不易分散,並且與聚合物的界麵作用較差。Yu等采用熔融共混法製備了石墨烯/PA6複合材料,結果表明,采用該法可將石墨烯均勻地分散於PA6中,確保複合材料中石墨烯與PA6界麵的良好微觀界麵接觸。

    原位聚合法是將石墨烯與聚合物單體混合,然後加入催化劑引發反應,最後製得複合材料。Hu等通過將GO分散於二甲基乙酰胺(DMAC)中進行功能化處理,使其能夠更好地分散於有機溶劑,再通過原位聚合法合成GO/聚酰亞胺納米複合材料。

    乳液混合法則利用了經表麵改性的石墨烯在水中的良好分散性,將其分散液與聚合物乳液混合,然後通過還原製備石墨烯/聚合物複合材料。

    層層自組裝技術(LbL)在製備高強超薄薄膜、細胞膜和高強塗料方麵很有優勢。該技術能夠精確地調節石墨烯/聚合物界麵,使石墨烯得到良好分散。Zhao等通過LbL技術製備了聚乙烯醇(PVA)和GO的多層薄膜,然後通過浸漬輔助沉積法製備了高度取向的超薄多層納米片層,其機械強度較之聚合物基體顯著提高。

    3.1 石墨烯添加量


    Yu等研究了環氧樹脂(EP)基石墨烯複合材料的熱導率,結果發現石墨烯(4層左右)填充比達到25%(體積分數)時可使EP的熱導率提高約30倍,達到6.44 W/(m?K),而傳統導熱填料則需要70%(體積分數)的填充量才能達到這個效果。

    對於多層石墨烯,Ghosh等測量了1~10層石墨烯的熱導率,發現當石墨烯層數從2層增至4層時,其熱導率從2 800 W/(m?K)降至1 300 W/(m?K)。由此可見,石墨烯的導熱性能隨層數的增加有逐漸降低的趨勢。

    3.3 基體種類

    Yu等采用機械共混法製備了石墨烯/PA6複合材料,其中當石墨烯體積分數為20%時,複合體係的熱導率達到4.11 W/(m?K),比純PA6提高了15倍以上。環氧樹脂EP具有優良的電絕緣性、黏結性和物理力學性能,基於EP的導熱膠黏劑主要用於黏結強度要求較高的電子設備和大規模集成電路的封裝。Yu和Remash等將石墨烯片層和EP複合,研究發現,當填料體積分數為25%時,複合材料的熱導率可達6.45 W/(m?K)。Yu等將由不同濃度石墨烯片層堆積的石墨納米片添加到EP中並測試其導熱性能,研究發現,當石墨烯體積分數為5%時,複合材料的熱導率比普通聚合物高4倍,而當石墨烯體積分數增至40%時,複合材料的熱導率則提升了20倍。

    Yu等報道了氧化石墨烯(GO)膜的麵內和垂直於麵方向的熱擴散率和熱導率,研究發現垂直於麵方向的熱導率比麵內熱導率低一個數量級,顯示出明顯的各向異性。這主要是由於GO膜間的接觸熱阻和GO本身的低熱導率造成的。Liang等檢測了通過真空過濾法得到的定向排列功能化多層石墨烯的熱導率,其數值高達75.5 W/(m?K)。由此可見,石墨烯的定向垂直堆積能夠很好地提高其熱導率。

    3.5 界麵阻力和界麵耦合強度

    Hung等研究發現,在石墨烯納米片層與聚合物基體之間的界麵上存在熱阻,對納米複合材料的能量傳輸產生很大的影響。對石墨烯納米片層進行硝酸預處理可改善複合材料界麵黏結效果,進而提高複合材料的導熱性能。Teng等使用聚芘將石墨烯非共價鍵功能化,不僅改善了其在EP基體中的分散,而且與EP形成共價鍵,進一步形成交聯結構,使界麵耦合強度提高,其中當填料含量為3%時,該複合材料的熱導率可達0.518 W/(m?K),比一般石墨烯/EP複合體係提高了20%。

     

      AG8APP擁有一批在業內取得顯著成就的專業技術人員,在行業內有著豐富的檢測經驗。秉承著專注、專業、高效、想客戶所想的理念,公司積極增加項目和完善更先進的測試儀器設備,保障每一個檢測,分析,研發任務優質高效的完成。同時通過專業所長,為全球數萬家優質客戶提供最及時的行業技術標準信息,和更高精尖的分析檢測解決方案。

      AG8APP檢測分別成立了,,,,,耐候老化實驗室。涉及的服務範圍已廣泛覆蓋到鋼鐵材料,有色金屬材料,石油化工設備,通用機械設備,冶金礦石,建築工程材料、航空航天材料,高鐵船舶材料,汽車用零部件、非金屬材料,電子電工產品等各個領域,並獲得了CMA和CNAS“雙重認可”。
     
     
     
    侵權刪