昆明理工大学《ATE》：高导热石墨烯/石蜡复合材料，用于电子产品

成果简介

加强现代电子设备的热管理比以往任何时候都更加重要，也更具挑战性。在这一领域，一种很有前景的解决方案是利用基于石蜡 (PW) 的相变材料 (PCM)。然而，这些 PCM 的开发和应用面临着两大障碍：形状稳定性差和热导率低。本文，昆明理工大学蔡金明教授团队在《Applied Thermal Engineering》期刊发表名为“Highly thermal conductive Graphene/Paraffin composite for efficient thermal management of electronics”的论文，研究通过普通的发泡和热处理技术成功制备了纯石墨烯微纳孔薄膜（GMNFs）。这些 GMNFs 可同时为纯 PW 提供高导热性和稳定的支撑框架，从而制备出石墨烯基 PCM（GPCM）。

当纯石墨烯框架的比例为 20.6 wt% 时，制备的 GPCM 的热导率高达 208.08 W·m⁻¹·K⁻¹，潜热高达 156.97 J·g⁻¹。此外，即使在高达 147.4 ℃ 的温度下，GPCM 也能表现出极佳的稳定性，质量损失极小，超过了电子设备的正常工作条件。GPCM 的性能可通过修改 GMNF 轻松调整，以满足不同的热管理要求。这些发现凸显了 GPCM 在工业生产和电子设备实际应用方面的巨大潜力。

图文导读

图1.（a） GPCM合成过程示意图。（b） GOF、（c） GMNF 和 （d） GPCM 的 SEM 图像。

图2.（a） GOF、PW、GMNF 和 GPCM 的拉曼光谱。（b） GOF、（c） GMNF 和 （d） GPCM 的 C1s 的 XPS 谱图。

图3.（a） PW和GPCM的DSC曲线。（b） PW、GMNF和GPCM的比热容曲线。（c） PW、GMNF和GPCM的TG曲线。（d） GPCM在100次循环测试前后的DSC曲线。

图4.（a） GPCM和PPCM附着在热板上的模拟实验装置示意图。（b） （a）中热板的相应温度变化。（c） GPCM和PPCM作为TIM时的模拟实验设置示意图。（d） （c）中热板的相应温度变化。

图5.（a） GMNF-1、（b） GMNF-2、（c） GPCM-1 和 （d） GPCM-2 的 SEM 图像。（e） GPCM-1 和 （f） GPCM-2 的 DSC 曲线。

小结

综上所述，本文通过发泡和热处理，可以轻松获得具有丰富微孔和纳米孔的纯石墨烯框架。这种独特的三维结构提供了稳定的骨架，可减少压电陶瓷的泄漏；同时还提供了高导热性，可提高压电陶瓷对热的响应。当 GMNF 的比例为 20.6 wt% 时，制备的 GPCM 表现出156.97 J·g⁻¹的高相变焓和 208.08W·m⁻¹·K⁻¹.的超高导热率。即使在 147.4 ℃ 的温度下，制备的 GPCM 的形状稳定性也相当出色。同时，这些热性能还可以通过引入不同的石墨烯框架进行调整，而这些石墨烯框架只需重新设计原始的 GOF 即可制备。在自制测试装置上进行的模拟测量结果表明，与 CPCM 或空白相比，在热源上使用制备好的 GPCM 能有效延迟热源达到稳定温度的时间。这项工作中的制备方法最有希望用于工业生产，而且这种复合材料在未来更大功率电子设备的热管理方面具有巨大的应用潜力。

文献：https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.122958