【摘要】：近年來,隨著電子技術(shù)及航天技術(shù)的快速發(fā)展,元器件的集成度及功率進一步增大,因此電子器件的熱管理尤為重要。目前使用較多的熱管理材料是金屬材料,如銅、鋁等,其特點是質(zhì)量大、導(dǎo)熱率低且柔韌性較低,這與電子產(chǎn)品的微型、質(zhì)輕發(fā)展等特點不相符。因此,本文以當前導(dǎo)熱性能最好的石墨烯作為基材,針對前驅(qū)體氧化石墨烯(GO)制備成膜時的搭接問題,采用碳纖維(CF)及碳納米管(CNTs)作為導(dǎo)熱膜的添加材料,研究相關(guān)參數(shù)對導(dǎo)熱膜內(nèi)片層的搭接及其綜合性能的影響,并探討柔性導(dǎo)熱單元的制備及導(dǎo)熱性能,結(jié)論如下。添加劑對柔性導(dǎo)熱膜的性能影響:采用改良的Hummers法制備氧化石墨烯,向氧化石墨烯溶液中添加適量的碳纖維及碳納米管,柔性導(dǎo)熱膜的抗拉強度及熱擴散系數(shù)均明顯提升。原因在于:添加的碳纖維及碳納米管能在石墨烯片段搭接處形成導(dǎo)熱通道,并可填充在導(dǎo)熱膜經(jīng)熱還原時形成的氣囊空腔。因此,添加碳纖維及碳納米管可明顯改善柔性導(dǎo)熱膜內(nèi)部的導(dǎo)熱通道,并有效排出熱還原產(chǎn)生的氣體,使得導(dǎo)熱膜的傳熱性能和抗拉強度均有明顯提升。熱還原溫度及壓力對柔性導(dǎo)熱膜性能的影響:將導(dǎo)熱膜在高溫高壓下進行處理,由微觀表征及宏觀測試結(jié)果可知,熱還原及熱壓過程對導(dǎo)熱膜中片段搭接具有明顯影響。柔性導(dǎo)熱膜經(jīng)過熱還原處理后,其含氧官能團分解產(chǎn)生的氣體容易沖擊片層之間的搭接并造成石墨片搭接紊亂,但隨著還原溫度的進一步升高,含氧官能團的分解加劇的同時,碳鍵雜化結(jié)構(gòu)也由SP~3轉(zhuǎn)向SP~2,最終使得導(dǎo)熱膜的熱擴散系數(shù)值在1000℃時發(fā)生突變。熱壓法處理導(dǎo)熱膜可改善由熱還原造成的片層搭接的紊亂問題。隨熱還原壓力的增大,導(dǎo)熱膜的密度也隨之增大,且導(dǎo)熱膜內(nèi)片層搭接處保持穩(wěn)定。熱還原條件為1000℃/12MPa,柔性導(dǎo)熱膜的熱導(dǎo)率達到490.951W/(mK)。柔性導(dǎo)熱元件的制備及性能:石墨烯基導(dǎo)熱膜通過折疊、壓制成的導(dǎo)熱帶的傳熱性能明顯優(yōu)于銅箔,但將其搭建制備成柔性導(dǎo)熱元件時,其對恒溫?zé)岢恋慕禍匦Ч圆钣谧灾沏~導(dǎo)索,其原因在于柔性導(dǎo)熱元件內(nèi)存在兩處焊接,因此引入了額外的接觸熱阻且焊料導(dǎo)熱系數(shù)較低,從而導(dǎo)致柔性導(dǎo)熱元件傳熱性能略差。但是此柔性導(dǎo)熱元件能將熱沉溫度由125.4℃降低至110.6℃,表明其具有良好的傳熱效果。
【圖文】：

熱膏和導(dǎo)熱墊片主要是用在 CPU 與熱沉之間，用以減小界面間的接觸的導(dǎo)熱質(zhì)量，可稱為是柔性界面導(dǎo)熱材料。動組件（如光學(xué)遙感器活動焦面組件）間的導(dǎo)熱，則通常是采用柔性組件與附近固定的結(jié)構(gòu)或熱沉連接。譬如在真空熱環(huán)境中，某光學(xué)遙的專用測試系統(tǒng)，在測試系統(tǒng)使用過程中，由于制冷機會發(fā)生有規(guī)律的1mm 左右，因此無法將制冷機的機頭與鏡頭直接相連，，而采取制冷機行降溫，在通過銅環(huán)將冷量傳遞到鏡頭，實現(xiàn)溫度控制的目的。面對，若采用柔性連接就能有效的解決類似活動組件件的傳熱問題。圖 1置原理圖，采用 60 根銅制導(dǎo)熱索將鏡頭表面與銅環(huán)之間連接并達到所使用的銅導(dǎo)熱索如圖 1-2 所示，采用高純度銅絲進行編織成具有一，采用導(dǎo)熱率為 397W/(mK)的單根銅絲編織成導(dǎo)熱索。利用銅絲編制銅既可保持較高的導(dǎo)熱性又具備一定的柔性。但缺點在于質(zhì)量較大，備的減重要求。因此柔性導(dǎo)熱介質(zhì)應(yīng)具備柔性、高導(dǎo)熱及質(zhì)輕的特點

圖 1-2 銅導(dǎo)熱索示意圖Fig.1-2 A schematic view of thermal conductivity of copper cable以銅導(dǎo)熱索為例應(yīng)用在空間技術(shù)方面的實例，但這并不符合航天衛(wèi)星在目前常用的電子設(shè)備中，仍是采用傳統(tǒng)金屬材料將熱量傳導(dǎo)至熱沉的方式將熱量散除，然而目前電子設(shè)備正向輕量化、微型化及便攜化散熱技術(shù)必須進行改善，否則電子設(shè)備向輕量、微型及便攜化發(fā)展必質(zhì)輕、高導(dǎo)熱材料的研究成為解決此類問題的關(guān)鍵。論文針對空間狹小的電子設(shè)備及衛(wèi)星活動組件間的傳熱問題，提出尋，制備出傳熱性較好的導(dǎo)熱膜，再進行加工制成柔性導(dǎo)熱元件。研究導(dǎo)熱膜的制備及柔性單導(dǎo)熱元件制備及應(yīng)用，因此首先針對添加劑的石墨烯膜相關(guān)性能的影響進行探究，其次考慮溫度及壓強等因素對導(dǎo)性能影響，最后探索如何將導(dǎo)熱膜制備成柔性導(dǎo)熱元件并測試傳熱性上述內(nèi)容的研究，制備出較高導(dǎo)熱率的柔性、質(zhì)輕的復(fù)合導(dǎo)熱膜及柔
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB34

【參考文獻】

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本文編號：2675147