膨胀石墨/石墨烯复合材料的高导热性能

来源 | Diamond and Related Materials

原文 | https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.110865

背景介绍

近年来，航天工程技术突飞猛进。与此同时，航天器热控系统电子设备不断向体积小、集成度高、功率大的方向发展。由此产生的局部温度过高、热流分布不均匀、有限空间内热流密度过大等散热问题日益突出，严重影响电子设备的性能和耐用性。鉴于航空航天领域对热管理系统的要求，迫切需要在平面方向上具有优异导热性的散热材料（HDM），特别是在恶劣的环境中使用。

成果掠影

近日，中国科学院山西煤炭化学研究所刘占军研究员团队通过真空辅助自组装方法将氧化石墨烯（GO）集成到膨胀石墨（EG）中，然后压实和石墨化，设计并构建了膨胀石墨/石墨烯复合材料（EGC）。制备的EGC具有优异的导热性能，其面内导热系数和面内导热系数分别达到18.6和129.9 W/ m·K，分别优化GO含量为3.5 wt%。GO表现出明显的桥接效应，有助于在EG层之间建立声子传输“桥梁”。值得注意的是，“桥”既存在于 EG 颗粒内部，也存在于多个 EG 颗粒之间，这主导了复合材料中热导率的增强。此外，EGC 在 15% 应变比下表现出良好的压应力，为 7.9 MPa，超过了 EG。研究成果以“Expanded graphite/graphene composites for high through-plane thermal conductivity”为题发表在《Diamond and Related Materials》。

图文导读

图1 (a)EGC-x方块的制作原理图。(b) EG/GO-0、(c) EG/GO-0.5、(d) EG/GO-1.5、(e) EG/GO-2.5、(f) EG/GO-3.5、(g) EG/GO-4.5、(h) EG/GO-5.5；(i) EG/GO-3.5和(j) EGC-3.5的TEM图像和SAED模式。

图2 EGC-x的结构表征。(a) XRD模式、(b)拉曼光谱和(c)对EGC-0到EGC-5.5的拉曼二维峰的洛伦兹拟合。

图3 EGCs的结构演化和传热示意图。