刘建影课题组《Carbon》：大规模生产厚石墨烯薄膜，用于下一代热管理应用

本文要点：

连续HPH来制备超厚GF，未来功率器件热管理解决方案之一

1成果简介 

随着对便携式电子设备的集成需求和更好性能的日益增长，预计系统工作温度将继续升高，最终导致功能性能和可靠性下降。因此，迫切需要能有效散热、降低热密度的热管理材料。由于热解石墨薄膜（PGF）的载热能力低、导热系数低、力学性能差，现有的解决方案不能令人满。本文，上海大学刘建影教授及其研究团队在《CARBON》期刊发表名为“Scalable production of thick graphene film for next generation thermal management application”的论文，研究通过用超厚（≥75μm）石墨烯薄膜（GF）代替PGF解决了问题，超过三倍的高热通量承载能力。大结晶度和牢固结构的共轭赋予GFs出色的导热性能（高达1204±35 W m-1 K -1），大的热通量承载能力和良好的可折叠性（5000个循环折叠）。此外，这种GF是基于经济高效的工业方法生产，该方法结合了连续高压均质处理（HPH），具有巨大的潜力，可作为热管理应用的新途径。

2图文导读 

图1。a）原始GTO薄片的SEM图像。b）通过HPH制备sGO悬浮液的示意图。c）GO膜的制造过程示意图。d）不同回合HPH后，悬浮液的粘度和pH值的变化。

图2。a）HPH2轮后sGO薄片的AFM图像。b）a）的高倍率AFM图像视图。c）相应的横截面轮廓。d）sGO的薄片横向尺寸直方图。e）sGO薄片的厚度直方图。

图3。a）GOF，GFs-140，GFs-1500，GFs-2850的元素组成的XPS光谱。b）高分辨率XPS分析（C1s）。c）GOF，GFs-140，GFs-1500，GFs-2850的结晶度演化和层间固结的XRD光谱。d）拉曼光谱。e）洛伦兹拟合对测得的GFs-2850的拉曼G’峰进行拟合。f）未加压的GFs-2850表面的SEM图像。g）未加压的GFs-2850的横截面图像。h）压制的GFs-2850的俯视图。i）压制的GFs-2850的侧视图。

图4。a）不同厚度的GF的光学图像。b）通过超激光闪光测量的厚GF和PGF的面内热导率。c）GF和PGF的热导率统计，d）机械压制过程的示意图。e）PGF-75，GF-75，PGF-220，GF-220红外热图像。f）在标准模板中220μmGF和PGF的红外热图像。g）弯曲试验后GF的表面形态变化的SEM图像。h）弯曲试验后PGF的表面形态变化的SEM图像。i）弯曲试验前后的GF和PGF红外热像图。

3小结

总之，一种经济有效的准工业方法，连续HPH来制造厚的GF，这是未来功率器件最现实的热管理解决方案之一。所获得的GF具有1204±35Wm -1  K -1的导热率，显示出优异的柔韧性和优异的散热性能，这明显优于目前商业应用的PGF。与通过离心，剪切混合，超声处理处理的低浓度GO悬浮液蒸发进行的经常报告的研究相比，在厚GFs生产中使用HPH和织物基质无疑会节省更多时间，能源效率和成本效益。这种新颖的加工方法将能够大规模制造大面积，厚而柔软的GF，用于热管理应用。

文献：

来源：文章来自 carbon 网站，由材料分析与应用整理编辑。