Новый прорыв в сверхгибкой графеновой мембране Чжэцзянского университета с высокой теплопроводностью

Недавно команда профессоров по высокополимерным материалам из Чжэцзянского университета разработала сверхгибкую графеновую мембрану с высокой проводимостью и теплопроводностью до 2053 Вт / мК, что близко к 40% от идеальной теплопроводности однослойного графена, создавая макроскопический материал. Новый рекорд теплопроводности; В то же время материал собран из большого графена с микропланшетами, который является сверхгибким и может многократно сгибаться 6000 раз и подвергаться 100000 сгибанию.

Это последнее достижение решило всемирную проблему, заключающуюся в том, что макроматериалы нельзя сочетать с высокой теплопроводностью и высокой гибкостью. Ожидается, что он получит важные приложения в таких областях, как эффективное управление теплом, гибкие электронные устройства нового поколения и аэрокосмическая промышленность. Статья опубликована в AdvancedMaterials. Первым автором статьи был докторант Пэнгли.

Электрические приборы при работе нагреваются, и для нормальной работы требуется эффективное управление теплом. Новое поколение устройств тоже требует изгиба. Поэтому очень важно изучать материалы с высокой теплопроводностью и высокой гибкостью. Однако существующие макроматериалы с высокой теплопроводностью и высокой гибкостью - это пара противоречий, рыба и медвежья ладонь часто трудно иметь и то, и другое. Например, металлические материалы обладают хорошей пластичностью, но их максимальная теплопроводность составляет около 429 Вт / мК. Некоторые неорганические керамические материалы имеют более высокую теплопроводность, но очень хрупкие.

Появление графена дает теоретические возможности для разрешения этого противоречия. Эту серьезную научную проблему недавно преодолела команда превосходных профессоров. Они творчески предложили идею «больших микроскладок»: большие области графена имеют меньше дефектов и могут достигать высокой теплопроводности; Микроскладывание позволяет материалу иметь достаточно пространства для деформации при изгибе и изгибе, что обеспечивает высокую гибкость.

Он сказал China Science, что эту новую идею легко реализовать. Можно выполнить три этапа: 1) большие количества водного раствора дисперсии оксида графена наносятся на пленку; 2) Высокотемпературная термообработка, кислородсодержащая функциональная группа в мембране разлагается при высоких температурах с выделением газа. В то же время с повышением температуры структура дефектов графена постепенно восстанавливается, и газ блокируется внутри графеновой мембраны из-за расширения. Формируют микропакеты; 3) Механический валок вдавливается в пленку, и газ из микрошарика выпускается под дополнительным давлением, образуя микропластырь.

Микросклады часто являются точками концентрации стресса. Под действием внешних сил складки будут производить упругую деформацию, а локальные складки растянутся, образуя постоянную деформацию. Чем больше напряжение, чем больше складок растягивается, тем очевиднее упругая деформация и остаточная деформация. Сравнение показывает, что удлинение разрушения графеновой мембраны с большим количеством микроскладок в 2–3 раза выше, чем у традиционной GPI-мембраны, а максимальное значение может достигать 16%. Пластичность микроскладок графена позволяет ему выдерживать множественные сложные деформации, такие как повторяющееся складывание, завязывание узлов, искажение, повторяющееся изгибание суставов пальцев и оригами.

Режим теплопроводности графена - это фононная проводимость, а границы, пустоты, функциональные группы и т. Д. Являются дефектами выхода фононов. Для этой цели исследователи использовали нефрагментированную большую площадь оксида графена в качестве сырья, чтобы уменьшить утечку краевых фононов. В то же время высокотемпературная термообработка используется для удаления функциональных групп на поверхности графена и восстановления внутренних отверстий в графене для получения менее дефектной структуры графена. Эти структурные изменения были подтверждены с помощью комбинационного рассеяния света, XRD и просвечивающей электронной микроскопии. Средняя теплопроводность графеновой мембраны составляла 1900 Вт / мК, а максимальное значение достигало 2053 Вт / мКм. 1, превосходит теплопроводность лучших GPI мембран и других макроматериалов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.