成果简介
小型化和集成电子设备的有效被动冷却可以提高设备可靠性并降低能耗。该技术的实现需要高效的被动散热材料。本文，北京航空航天大学杭州创新研究院Sicheng Wu、赵未昀、Yi Jiang 、Yuan Deng等研究人员在《J. Mater. Chem. C》期刊发表名为“An efficient cooling solution with 3D interconnected graphene architectures for passive heat dissipation”的论文，研究提出报告了一种水基丙烯酸树脂 (AR) 介导的一步电化学制备杂化还原氧化石墨烯膜。它其明确定义的多孔结构被证明可增强传统金属基散热器的被动散热。具有 5% AR 的 3D 还原氧化石墨烯膜结合了石墨烯片的有效热辐射和 AR 介导的跨平面传热。大功率商用 LED 的冷却效率为 22%，工作温度显著降低 31°C，证明了出色的散热性能。这项工作证实了 3D 杂化还原氧化石墨烯作为一种轻质、灵活和有效的冷却材料用于未来热管理应用的潜力。
图文导读
图1、 石墨烯杂化薄膜的 AR 介导合成示意图，以及 5% AR-rGO 薄膜的散热机制。
图 2、 (a) rGO、(b) 1% AR-rGO、(c) 5% AR-rGO、(d) 10% AR-rGO 和 (e) AR 的 SEM 显微照片。(f) 尺寸为 2 cm × 2.5 cm 的铜基板在不同电镀条件前和不同电镀条件下的照片。
图3 、为增强 3D 石墨烯的热传输能力而提出的 5% AR-rGO 混合架构示意图
图4、 在3V (a) 和 5 V (b) 的输入电压下 分别覆盖有Cu衬底、rGO、x % AR-rGO 和 AR时测试点的温度响应。输入电压为3V (c) 和5V (d) 时相应样品的冷却效率。
图5 、(a) 没有任何散热器的商用 LED 芯片（3 W 和 5 W）的温度曲线。在纯铜基板、rGO 和 5% AR-rGO 的情况下，3 W LED (b) 和 5 W LED (c) 的温度曲线。(d) 带有镀铜铝散热器的商用 LED 的光学图像。(e) 5% AR-rGO 电镀前后铜镀铝散热器的照片。(f) 带有和不带有 5% AR-rGO 涂层的 3 W LED 芯片的温度响应。
小结
总之，通过简便的电化学沉积方法，使用水性丙烯酸树脂制备了一系列3D互连还原氧化石墨烯膜。获得的膜具有可控的3D多孔结构调整 AR 含量比和冷冻干燥。通过适当的AR含量比，可以实现出色的散热性能。与铜基板上的纯 3D 石墨烯以及裸铜基板相比，5% AR-rGO 样品的被动散热效率更高，为 22%。这种增强归因于石墨烯的高红外辐射、良好的热对流和 3D 微通道的出色热传递。凭借这些先进的特性，具有 5% AR-rGO 薄膜的散热器显示出将大功率工作 LED 降低 31°C 的明显冷却效果。这项工作表明，AR 可以使用简单的合成技术调节石墨烯网络的微观结构。此外，所设计的微结构可以有效地提高石墨烯片的散热性能。
文献：https://doi.org/10.1039/D2TC01524
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