哈工大：石墨烯-碳複合薄膜在航空航天/微電子領域應用

2020-09-10 材料分析與應用

成果簡介

石墨烯薄膜作為下一代熱管理材料，具有出色導熱性和出色柔韌性，在許多應用中都具有可觀的前景。然而，由於石墨烯片之間的界面相互作用較弱以及結構缺陷引起的大量聲子散射，其導熱係數和機械性能難以進一步提高。

本文，哈爾濱工業大學航天學院複合材料與結構研究所彭慶宇教授與Xiaodong He（同為通訊作者）等研究人員在《ACS Appl. Nano Mater》期刊發表名為「Graphene–Carbon Composite Films as Thermal Management Materials」的論文，研究通過在氧化石墨烯（GO）和聚醯亞胺（PI）之間形成交聯，然後通過熱壓氧化預處理，熱壓碳化和石墨化製備石墨化的石墨烯薄膜。

進一步的研究表明，石墨化還原氧化石墨烯/聚醯亞胺（g-rGO/PI）薄膜不僅具有優良的力學性能，楊氏模量為15.3±1gpa，拉伸強度為142±11mpa，熱導率和導電率分別為1467±55wm-1k-1和1.8×105sm-1。因此，這些石墨烯-碳複合薄膜由於其結構的優化和性能的提高，在航空航天和微電子領域顯示出巨大的應用潛力。

圖文導讀

圖1.實驗過程。（a）水溶性聚醯亞胺前體溶液的反應方案。（b）製備GO / PAA泡沫的示意圖。（c）g-rGO / PI膜的製備示意圖。

圖2. GO / PAA泡沫，rGO / PI膜，c-rGO / PI膜和g-rGO / PI膜的形態表徵。


圖3. GO / PAA泡沫，rGO / PI膜，c-rGO / PI膜和g-rGO / PI膜的結構特徵。


圖4. rGO / PI膜，c-rGO / PI膜和g-rGO / PI膜的機械性能。


圖5. g-rGO膜，rGO / PI膜，c-rGO / PI膜和g-rGO / PI膜的電氣和熱性能


圖6. g-rGO / PI薄膜的組合特性。

小結

總之，一種熱壓法來製造導熱率（1467 W m –1 k –1）和抗拉強度（142 MPa）。這種協同取向效應導致石墨烯納米片的良好分散和取向，改善了PI分子鏈與石墨烯納米片之間的界面相互作用，降低了界面熱阻，並增強了膜的導熱性和機械性能。同時，石墨烯-碳複合膜在彎曲和拉伸條件下表現出出色的熱穩定性。因此，我們提供了一種製備具有優異導熱性和機械性能的石墨烯-碳複合膜的新思路，並且該膜作為下一代熱管理材料在航空航天，生活和工業等各個領域具有巨大的潛力。


文獻：

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