發(fā)布時間：2021-08-27 23:08

　　石墨烯是當(dāng)下材料學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn),其優(yōu)越的導(dǎo)熱性能,超越了絕大多數(shù)的材料,具有廣泛的運(yùn)用前景。近10年來,石墨烯產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對其導(dǎo)熱系數(shù)準(zhǔn)確測量的需求越來越迫切。對石墨烯及其復(fù)合材料的定義、制備方法和在散熱上的應(yīng)用進(jìn)行了綜述;介紹了傳統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)測量方法,以及適用于石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)測量的激光閃光-拉曼光譜法和電熱微橋法,對比了部分文獻(xiàn)報道的石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)測量值;對熔融注塑法制備的還原氧化石墨烯和聚丙烯復(fù)合材料樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了測量,從熱擴(kuò)散系數(shù)測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)其導(dǎo)熱性能存在嚴(yán)重的各向異性;根據(jù)測量研究進(jìn)展指出當(dāng)前石墨烯及其復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)測量存在的問題,并分析了導(dǎo)致這些問題的原因;最后,對石墨烯及其復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)測量的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)和展望。 

【文章來源】：計量學(xué)報. 2020,41(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

LF-R測量1LG導(dǎo)熱系數(shù)原理圖[15]

除了FL-R外，還有基于傳統(tǒng)熱橋法[40]發(fā)展而來的電熱微橋法也可以對納米材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行有效測量。2013年，美國德克薩斯大學(xué)的Jo I和日本國家材料科學(xué)研究所(NIMS)的Watanabe K[41]等人，采用了電熱微橋法對新型納米材料少層氮化硼(hBN)進(jìn)行了測量，并取得了較好的測量結(jié)果，提出該方法也適用于石墨烯材料導(dǎo)熱系數(shù)的測量。電熱微橋法測量裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。研究者在寬度為Lc的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)條塊表面上制備了4條Cr/Pt合金的電阻帶并將其串聯(lián)構(gòu)造成了測量電橋，中間有2根長度為L的SiNx圓柱相連接，將寬度為W，厚度為t的石墨烯薄膜置于微橋法裝置上;GF中間位置處于懸空狀態(tài)，通過測量4條熱帶的阻值可以分別得到熱帶上T1～T4溫度的變化，根據(jù)解析模型獲得導(dǎo)熱系數(shù)。電熱微橋法導(dǎo)熱系數(shù)測量解析模型為:

2017年，Kim S等[64]等對銅基石墨烯復(fù)合材料進(jìn)行了研究，在材料制備過程中使用METZSCH FLA447對熱擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)在添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%和0.3%r GO后的銅基石墨烯復(fù)合材料比純銅的熱擴(kuò)散系數(shù)分別提高了1.3%和1.2%，然而繼續(xù)添加反而會起到負(fù)面的效果;Lin C J等[65]使用METZSCH FLA447對氧化鋁基石墨烯復(fù)合材料進(jìn)行了測量研究，指出了熱物性特征很大程度上取決于微觀結(jié)構(gòu)，添加體積分?jǐn)?shù)為5%的GNPs能使GNPs連接成網(wǎng)狀，添加體積分?jǐn)?shù)為2%時導(dǎo)熱系數(shù)能提高約50%，當(dāng)添加體積分?jǐn)?shù)至8%時，其導(dǎo)熱系數(shù)值又與純氧化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)值相近。為充分調(diào)研石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的測量研究情況，本課題組購買了型號為XC-GPP100的石墨烯-聚丙烯復(fù)合母粒，其使用的是型號XC-G100的rGO粉體同PP進(jìn)行復(fù)合，其中rGO含量約為3%，采用熔融注塑法制備了一批樣品，對表面進(jìn)行平整化處理后尺寸為(192 mm×143 mm×25 mm)±0.5 mm。使用Hot Disk的TPS 2500S對其導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測量，在室溫下測量結(jié)果在0.3167～0.327 2 W/(m·K)之間;同時還使用了熱帶法快速導(dǎo)熱儀QTM-500對樣品進(jìn)行了測量，在室溫下樣品導(dǎo)熱系數(shù)在0.295 5～0.339 1 W/(m·K)之間。為分析樣品內(nèi)部的導(dǎo)熱情況，隨機(jī)挑選了一塊樣品，分別沿長度方向和寬度方向銑切了直徑為12.7 mm，厚度為2 mm的小樣品，每個方向隨機(jī)挑選4個樣品，采用METZSCH LFA467對其熱擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了測量，長度方向的樣品測量結(jié)果分別為0.269,0.277,0.263,0.259 mm2/s;寬度方向的樣品測量結(jié)果分別為0.173,0.175,0.163,0.155 mm2/s。從測量得到的熱擴(kuò)散系數(shù)來看，制備的石墨烯/聚丙烯復(fù)合材料存在明顯的各向異性，各向異性比甚至超過了60%。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯材料NQI技術(shù)全鏈條實(shí)施經(jīng)驗[J]. 任玲玲.  計量學(xué)報. 2019(03)
[2]金屬材料的石墨烯強(qiáng)韌化[J]. 郭強(qiáng),趙蕾,李贊,李志強(qiáng),熊定邦,張荻.  中國材料進(jìn)展. 2019(03)
[3]導(dǎo)熱塑料在LED散熱器的應(yīng)用與優(yōu)化設(shè)計[J]. 郭利.  塑料工業(yè). 2019(03)
[4]冷壁CVD法制備石墨烯層數(shù)檢測方法研究[J]. 周志峰,張小敏,毛勤衛(wèi),董國材.  計量與測試技術(shù). 2018(11)
[5]溫度對堆疊雙層石墨烯層間耦合的影響[J]. 盛祥勇,任玲玲,姚雅萱,于盛旺.  計量學(xué)報. 2018(06)
[6]石墨烯/聚合物復(fù)合材料導(dǎo)熱性能研究進(jìn)展[J]. 李松榮,胡照會,黃其忠,魏孝承.  高分子材料科學(xué)與工程. 2018(09)
[7]石墨烯微片的尺寸和形態(tài)對聚丙烯基納米復(fù)合材料導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的影響[J]. 余浩斌,張婧婧,何穗華,楊濤.  中國塑料. 2018(03)
[8]石墨烯材料的制備與表征[J]. 楊樺,馮世成.  廣東化工. 2018(05)
[9]石墨烯NQI技術(shù)調(diào)研[J]. 任玲玲,卜天佳,唐琪雯,周志峰,劉偉麗.  中國計量. 2018(02)
[10]石墨烯材料發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]. 史冬梅,何大方,張雷.  科技中國. 2018(01)



本文編號：3367280