【摘要】：隨著科技和電子信息技術(shù)向高度集成化的發(fā)展,功耗與散熱也日益成為不容回避的問(wèn)題。石墨烯具有非常好的熱傳導(dǎo)性能,無(wú)缺陷的單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/(m·K),是目前為止導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳材料。本論文采用方法簡(jiǎn)單、成本低廉的氧化還原旋涂方法制備功能化石墨烯薄膜,探究石墨烯薄膜的晶粒尺寸、功能化方式等因素對(duì)薄膜的散熱性能的影響,最終獲得具有較高的熱導(dǎo)系數(shù)的功能化石墨烯散熱薄膜,并將其應(yīng)用于微電子設(shè)備。采用不同尺寸的天然鱗片石墨粉作為原料氧化還原后制備了穩(wěn)定的石墨烯漿料,并用真空抽濾法制備石墨烯薄膜。針對(duì)石墨烯薄膜散熱性能優(yōu)化了制備石墨烯薄膜的工藝參數(shù)。真空過(guò)濾組裝的石墨烯薄膜允許形成的高度對(duì)齊的納米結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)有利于石墨烯基膜的相對(duì)高的平面內(nèi)熱導(dǎo)率。天然鱗片石墨原料晶粒尺寸越大,制備的石墨烯薄膜熱擴(kuò)散系數(shù)及熱導(dǎo)率越高。原因是晶粒尺寸越大,片層之間的接觸以及缺陷就會(huì)散射聲子,增加散熱性能。對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行功能化處理,采用功能試劑能與氧化石墨烯水解反應(yīng),從而引入硅烷醇基團(tuán)。采用旋涂法制備功能化石墨烯薄膜并對(duì)其組織結(jié)構(gòu)熱物理性能進(jìn)行表征,研究了制備工藝以及催化劑對(duì)功能化氧化石墨烯的影響,發(fā)現(xiàn)了適量的催化劑的添加對(duì)功能化有一定的促進(jìn)作用。探究了功能化薄膜的制備工藝旋涂速度、旋涂量、熱處理等對(duì)功能化石墨烯薄膜的影響,石墨功能化石墨烯薄膜的最佳制備制備工藝為旋涂速度2000rpm,功能試劑旋涂量20μL,熱處理溫度為50℃。對(duì)功能化石墨烯薄膜和石墨烯薄膜進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱性能的對(duì)比表征分析,功能化石墨烯薄膜具有比石墨烯薄膜更加曲翹的層狀結(jié)構(gòu),FT-IR、RAMAN、XPS分析證實(shí)了功能化基團(tuán)的引入。散熱性能表征結(jié)果表明,相對(duì)于石墨烯薄膜,功能化石墨烯的具有更好的導(dǎo)熱性能,縱向熱擴(kuò)散系數(shù)和熱導(dǎo)率分別為1275.07 W/(m·K)和2.48 W/(m·K)。通過(guò)硅烷官能化的石墨烯薄膜熱導(dǎo)率增加,主要是由于石墨烯基的強(qiáng)化學(xué)鍵合增強(qiáng)了界面熱傳遞并限制了橫截面聲子散射。最后對(duì)功能化石墨烯薄膜在硅片模擬器件上的散熱效果進(jìn)行了測(cè)試,表明功能化石墨烯薄膜在電子器件散熱領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
【圖文】：

圖 1-1 石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)[6]學(xué)性質(zhì)主要是由于晶格振動(dòng)所引起的，Lindsay等[7]通過(guò)聲學(xué)聲子的色散曲線，發(fā)現(xiàn)在石墨烯中一共存在六種極、ZO模聲子、TA模聲子、TO模聲子、LA模聲子和LO模和弛豫時(shí)間隨波矢、頻率和溫度的變化關(guān)系表明，聲學(xué)%[8]。石墨烯中參與熱傳導(dǎo)的主要是 3 類聲學(xué)聲子，即低頻聲子、ZA模聲子，其中前兩類是面內(nèi)傳輸模式，有著線性傳輸模，存在非線性的二次散射關(guān)系。依靠特殊的聲子模式進(jìn)行熱傳輸，聲子是晶格振動(dòng)簡(jiǎn)正的方式傳遞熱量[9]。聲子模式對(duì)傳熱的貢獻(xiàn)有不同的理論聲子和TA模聲子聲速較大，，在熱傳導(dǎo)中起主要作用，而Z傳熱的貢獻(xiàn)較小。Lindsay認(rèn)為，ZA模聲子對(duì)傳熱的貢獻(xiàn)10]。播方式和散射機(jī)理對(duì)石墨烯的導(dǎo)熱性有著重要的影響。頻率、聲子自由程和聲子相互作用過(guò)程等因素決定。研

圖 1-2 靜電自組裝原理示意圖[16]]開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)制備全石墨烯水凝膠，通大氣壓力下無(wú)需攪拌即可制備石墨烯原位自組裝，分散在氧化石墨烯(GO)水懸浮液中，則可以制備 3料，并且自組裝。納米顆粒的捕獲與具有捕魚網(wǎng)的捕，并且捕魚網(wǎng)由石墨烯/氧化石墨烯納米片組成，其米粒子可以在網(wǎng)絡(luò)形成期間以簡(jiǎn)單的一步過(guò)程被捕勻分散在水懸浮液中的任何納米粒子都可嵌入石墨粒子凝膠。這是一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)制備在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包導(dǎo)電磁石墨烯/Fe3O4氣凝膠已成功制備的一步還原和4納米粒子。所獲得的凝膠具有超順磁性，多孔且重材料；并顯示出良好的電化學(xué)性能。這項(xiàng)研究是開(kāi)發(fā)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2620080