隨著微電子集成與組裝技術(shù)的飛速發(fā)展以及高功率密度器件的集成使用,發(fā)熱量和耗散功率密度變得越來越大,嚴(yán)重影響電子元器件的穩(wěn)定性和使用壽命,因此散熱問題變得極其重要。傳統(tǒng)的導(dǎo)熱材料以主要以金屬薄膜、石墨壓延膜、碳化聚酰亞胺膜等為主。金屬薄膜存在質(zhì)量重、易腐蝕、導(dǎo)熱率不高等缺點(diǎn),而石墨壓延膜和碳化聚酰亞胺膜質(zhì)脆,使用過程中易掉粉,不適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、潔凈度要求高的精密儀器管理領(lǐng)域。另一方面,傳統(tǒng)的碳化聚酰亞胺膜通常是采用間歇式作業(yè)生產(chǎn),石墨化過程需要消耗大量的時(shí)間(加熱時(shí)間至少6~10 h,冷卻時(shí)間至少10 h)和能源(實(shí)驗(yàn)爐能耗至少50~70 KW/h)。石墨烯膜是一種新型的導(dǎo)熱、散熱材料,面內(nèi)熱導(dǎo)率高,同時(shí)具有低密度、低熱膨脹系數(shù)、良好機(jī)械性能等優(yōu)異特性,成為新興散熱材料的焦點(diǎn)。本文提出連續(xù)化電焦耳熱還原策略,設(shè)計(jì)并制備了基于輥對輥的電熱裝置,實(shí)現(xiàn)了石墨烯導(dǎo)熱膜的快速連續(xù)化制備,整個(gè)制備過程僅用時(shí)1 h,能耗低于3 KW。所制備的石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)均勻,取向性好,并且導(dǎo)熱率達(dá)1285 W/mK,導(dǎo)電率達(dá)4.2×105S/m。將制備的石墨烯導(dǎo)熱膜用于LED燈的熱管理,可以顯著降低LED燈背板的溫度,這對于提高LED燈的安全性能和延長使用壽命具有重要意義。
Figure 1. (a)連續(xù)電熱示意圖,(b)連續(xù)電熱裝置,(c)石墨烯膜電熱過程中的照片,(d)不同溫度的光譜圖,(e)所制備的柔性石墨烯導(dǎo)熱膜。
Figure 2. (a-c)石墨烯膜的表面形貌,(d-f)石墨烯膜的斷面形貌,(g)連續(xù)輥壓的電熱處理石墨烯膜的SAXS圖案,(h)未輥壓的石墨烯膜的SAXS圖案,(i)對應(yīng)的SAXS方位角積分曲線,(j)石墨烯膜的力學(xué)性能。
Figure 3.不同電熱溫度熱處理石墨烯膜的(a,b)XPS、(c)XRD、(d)Raman表征;(e)石墨烯膜不同位置的拉曼光譜,間隔距離為1cm;(f)石墨烯膜電阻與測試長度的關(guān)系,表明制備的石墨烯膜宏觀尺寸均勻;(g-i)石墨烯膜的拉曼成像掃描,證明石墨烯膜微觀尺寸結(jié)構(gòu)均勻。
以上文章來源:石墨烯雜志
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