ACS Applied Materials & Interfaces: 單相二維材料中的各向異性熱傳輸:合成粘土與氧化石墨烯

2021-01-12 土人樂土

（研究者：德國拜羅伊特大學Alexandra Philipp等）


現代電子產品需要用散熱性能良好的材料進行製備，具有高導熱率的材料可以有效地實現熱量轉移。具有各向異性熱導率的二維（Two-dimensional, 2D）材料（如石墨/石墨烯等）符合這一要求。然而，石墨和石墨烯均具有導電性，不適用於大多數電子產品。因此，尋找良好的絕緣散熱材料至關重要。

 

氧化石墨烯（Graphene oxide, GO）常作為具有各向異性熱導率的絕緣複合材料，其面內導熱率低於石墨/石墨烯。另外，有研究表明，合成粘土礦物有潛力成為一種具有高各向異性熱導率的絕緣複合材料，但對於其各向異性的熱擴散規律研究較少。

 

來自德國拜羅伊特大學的Alexandra Philipp等人對比了GO和合成鈉基氟鋰皂石（Sodium fluorohectorite, Hec）的熱傳輸特性。他們發現這兩種材料的性質受到其化學成分、層結構中的空位缺陷和片晶尺寸的顯著影響。他們測定了四種不同樣品的熱傳輸特性。結果表明，平行於板狀方向的熱導率大大超過垂直於板狀方向的熱導率，並且GO和合成Hec的導熱性能存在顯著差異。與GO相比，Hec薄膜高度的長程有序性導致其各向異性比顯著提高，面內熱導率高達5.7 W/mK，遠高於GO的面內熱導率1.0 W/mK。此外，Hec的片狀尺寸基本不影響其面內熱導率，即使直徑減小了約2個數量級，其仍保持了良好的面內散熱性能；這一研究結果表明Hec可以作為一種有潛力的散熱材料，替代更成熟的GO散熱材料。

 

該論文以「Anisotropic Thermal Transport in Spray-Coated Single-Phase Two-Dimensional Materials: Synthetic Clay Versus Graphene Oxide」為題，發表於ACS Applied Materials & Interfaces 2020 (12)，https://doi.org/10.1021/acsami.9b22793。


全文連結 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b22793。（點擊文後「閱讀原文」可轉至論文原文）


圖1 鈉基氟鋰皂石板狀結構（注釋詳見原文）

 

圖2 氧化石墨烯的示例性結構（注釋詳見原文）

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