廣州大學等《Carbon》:高效廉價製備具有超高導熱率的石墨烯層壓膜

2020-12-16 騰訊網

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成果簡介

隨著電子技術的飛速發展,對熱管理材料的需求不斷增長。近年來,石墨烯紙被認為是替代傳統石墨化聚醯亞胺薄膜的潛在材料。儘管目前通往石墨烯紙的途徑可以實現高導熱率,但是石墨化過程中的極高能耗以及嚴重的重金屬汙染限制了石墨烯紙的應用。

本文,廣州大學Tongshun Wu與吉林大學鄒陸一等研究人員在《Carbon》期刊發表名為「Efficient and Inexpensive Preparation of Graphene Laminated Film with Ultrahigh Thermal Conductivity」的論文,研究開發了一種高效,低能耗,廉價的技術來大量生產石墨烯紙。如果不進行石墨化處理,該石墨烯層壓膜的熱導率可達到975 W m-1 -1膜厚為65μm時。基於這種易於操作的技術,我們已經完成了中試工廠的測試,在8小時內每個反應器的石墨烯產能為3 kg,每卷800毫米×100米的石墨烯薄膜連續宏觀地組裝在自製的設備上。

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圖文導讀

圖1。經冷凍乾燥處理的石墨烯樣品的SEM圖像(a和b),GS的二氯乙烷分散體滴在矽片上(c和d);GS的TEM圖像(e,f)和HRTEM圖像(g); 相應的SAED(h);脫落石墨烯與石墨的XRD圖譜(i); GS的拉曼光譜,並與514.5 nm雷射激發的片狀石墨進行比較(j); XPS高解析度C 1s光譜,插圖為全光譜GS(k);在3000毫升燒杯中5克新鮮去角質和未洗滌的GS的照片,以及用於石墨烯製備的1000升反應器的圖(l)。

圖2。(ad)dGP的SEM圖像,壓實前的橫截面形貌(a,b),dGP的表面形貌(c,d); 熱處理之前(e,f)和之後(g,h)未壓縮的oGP; roGP的圖像(il)。

圖3。(a)roGP籌備方案;(b)通過CMC穩定化的石墨烯漿料(1.81重量%);(ce)生產的製造設備和GP的局部照片:(c)成膜,(d)紅外乾燥,(e)乾燥筒;(f)一卷未壓縮的石墨烯薄膜,尺寸為800 mm * 100 m;(g)準備好的GP。

圖4。(a)dGP,oGP,roGP的熱導率;(b)dGP,oGP,roGP的拉伸強度;(c)壓力對roGP的導熱性和導電性的影響;(d)壓力對roGP密度和拉伸強度的影響;紅外圖像顯示熱性能(ei),在500°C下加熱(e),停止加熱1-4秒(fi)。

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小結

有幾種提高導熱率的方法,例如增加結晶度,減少缺陷,減少空隙,去除雜質和增加密度。因此,大多數文獻選擇能耗高的超高溫石墨化方法。相反地,我們製備了一種缺陷少,石墨化程度高,規模大的GS,從材料來源上解決了上述問題,避免了數千度的熱處理工藝。在通過真空過濾的膜形成過程中,可以通過調節助劑獲得取向的GP。正是由於此過程的便利性和效率,開發了一套支持設備並進行了生產試驗。設備的開發和中試的完成對石墨烯的應用具有重要意義,是科研與工業化的橋梁。不僅如此,我們還使用這種方法來探索石墨烯鋰電池負極和集電器在我們先前的工作中的應用,其在支持信息文件列表的一些數據。此外,這種潛在的應用已被廣泛研究[,提出具有十分重要的意義。

文獻:

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