雙功能石墨烯/碳納米管厚膜：雙向散熱和電磁屏蔽

2020-09-18 石墨烯聯盟


本文要點：

  1. 通過真空輔助自組裝方法成功製備了具有高熱通量的雙功能石墨烯/ CNTs厚膜，並在2800 o C下進行了熱壓碳化和石墨化。
  2. 通過實驗表徵和分子動力學模擬的研究，內部微觀結構具有無缺陷和高度結晶相，並發現在2800 o C石墨化後，石墨烯和CNT之間形成了CC共價鍵。
  3. 引入碳納米管後，厚膜獲得了優異的貫穿面導熱性能。
  4. 厚膜在Ku波段具有極好的電導率（1819.17 S / cm）和75 dB的EMI SE。

1成果簡介

太空飛行器材料是航空航天探索領域快速發展的關鍵限制因素。在先進的太空飛行器中，具有熱管理和電磁屏蔽功能的高級多功能材料可以確保其設備在太空中的正常運行。當前，石墨烯薄膜不能滿足高熱通量和優異的貫穿面熱傳導性。在此貢獻中，中國科學院山西煤炭化學研究所陳成猛等研究人員在《Carbon》期刊發表名為「Dual-functional graphene/carbon nanotubes thick film: bidirectional thermal dissipation and electromagnetic shielding」的論文，研究成功製備了具有高熱通量的全碳雙功能石墨烯/碳納米管（CNT）厚膜，並在熱壓碳化和石墨化2800℃後研究了結構和組成演變。表明存在緻密無缺陷的高結晶碳結構。

分子動力學模擬進一步證實了2800℃的石墨化後，石墨烯片和CNT之間CC共價鍵的形成，從而增強了聲子在平面內的傳遞。同時，軸向相鄰的石墨烯片通過CNT連接，這賦予了優異的導熱性能。面內和面內熱擴散率分別高達1188.2mm2/s和8.0mm2/s。此外，Ku頻段的電導率高達1819.17S/cm，EMI SE達到75dB。研究結果為太空飛行器材料的製備和應用提供了廣闊的前景。

2圖文導讀

圖1。（a）GO / C和gGC-2800厚膜的製備示意圖。

（b）初始GO片材的AFM圖像。

（c）gGC-2800厚膜在低放大倍數下的SEM圖像。

（de）GO / C膠片在不同放大倍率下的SEM圖像和宏觀數字圖片（插圖）。

（fg）gGC-2800膠片在不同放大倍率和宏觀數字圖片下的SEM圖像（插圖）。

圖2。（a）中氮吸附脫附等溫線和（b）孔徑之前和之後熱壓1000 RGO / C膜的分布ø C.（c）中的拉曼光譜，（d）X射線衍射圖案和（e）的高解析度XPS光譜rGO / C，rGC-1000，rGC-1600和gGC-2800膠片。（f）rGO / C，（g）rGC-1000，（h）rGC-1600和（i）gGC-2800膜中的O1s XPS光譜。

圖3。沿GO和CNT在rGO板上具有大量氧官能團的動力學模擬拍攝的一些快照的俯視圖和側視圖。（a）初始，（b）1000 o C，（c）1600 o C和（d）2800 o C 的結構形態。

圖4（a）gGC-2800膜彎曲示意圖（b）電加熱性能實驗圖（c）rGC-1000,gG-2800 和gGC-2800膜在冷卻過程中的紅外熱成像圖

圖6 （a）rGC-1000,gG-2800 和gGC-2800膜在冷卻過程中的響應溫度曲線。

（b）rGC-1000,gG-2800 和gGC-2800膜的面內和軸向熱擴散係數

（c）熱導率。

（d）複合膜的熱傳導示意圖。

（e）rGO/C, rGC-1000, rGC-1600, gGC-2800 和 gG-2800膜的電導率曲線。

（f-h）rGO/C, rGC-1000, rGC-1600, gGC-2800 和 gG-2800膜在Ku帶的總屏蔽效能（SET），吸收效能（SEA）和反射效能（SER）。

（i）與文獻報導的面內熱導率與厚度對比圖。


3小結

總之，通過真空輔助自組裝方法和2800 o C的石墨化，成功製備了具有高熱通量的雙功能石墨烯/ CNTs緻密厚膜。該雙功能膜為太空飛行器電子設備的實際應用提供了機會。

文獻：

來源：材料分析與應用

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