一种基于高导热/高强度的石墨烯基复合膜

来源 | Nano-Micro Letters

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背景介绍

高导热、高强度的柔性导热复合材料已经成为解决高功率密度柔性电子器件散热问题的关键材料。石墨烯基导热复合材料因石墨烯本征热导率高和独特的二维结构，赋予其较好的导热性能。然而复合材料中石墨烯纳米片在干燥时会收缩引入褶皱，大大降低了复合材料导热性能和力学性能的进一步提高。本文基于面内拉伸策略和溶胶-凝胶-薄膜转换法制备了消除石墨烯纳米片褶皱的复合膜，提高了了石墨烯纳米片沿面内方向的取向度，并进一步增强了石墨烯纳米片与基体之间的界面相互作用。制备的复合膜具有高热导率(146 W/mK)、高拉伸强度(207 MPa)和高热稳定性的优点，使其能够作为热管理材料有效冷却柔性电子设备。石墨烯基导热复合材料可作为高效热管理材料用于冷却高功率电子器件。然而，将柔性石墨烯纳米片组装成宏观导热复合材料时，在基于溶液的自发干燥过程中，毛细管力诱导石墨烯纳米片向内收缩形成褶皱，从而大大降低了复合材料的热导率。

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成果掠影

近日，南京大学姚亚刚团队针对高功率器件的散热所使用的导热复合材料取得最新进展。通过对具有氢键和π-π相互作用的石墨烯纳米片/芳纶纳米纤维(GNS/ANF)复合水凝胶网络进行平面内拉伸，抑制了石墨烯纳米片在干燥过程中由于毛细作用力导致的向内收缩，消除了石墨烯纳米片的褶皱并使之在平面内高度取向排列，从而产生了快速的面内热传递通道。消除了石墨烯纳米片褶皱的复合膜(GNS/ANF-60 wt%)具有高热导率(146 W/mK)和高拉伸强度(207 MPa)，这些优异性能的结合使GNS/ANF复合膜能够有效地用于冷却柔性LED芯片和智能手机，在柔性电子设备的热管理中显示出广阔的应用前景。研究成果以“Highly Thermoconductive, Strong Graphene-Based Composite Films by Eliminating Nanosheets Wrinkles ”为题发表于《Nano-Micro Letters》。

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图文导读

图1. 消除纳米片褶皱的GNS/ANF复合膜的热导率和力学性能。

图2. 面内拉伸法制备消除纳米片褶皱的GNS/ANF薄膜。

图3. 复合膜的褶皱调控和导热性能的提高。

图4. 通过面内拉伸消除纳米片褶皱来提高GNS/ANF复合膜热导率的机理。

图 5. 消除纳米片褶皱的GNS/ANF复合膜的热管理演示。

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