高い熱伝導率を備えた浙江大学の超柔軟グラフェン膜の新しいブレークスルー

最近、浙江大学の高分子教授のチームは、理想的な単層グラフェン熱伝導率の40％に近い、最大2053W / mKの熱伝導率を備えた高伝導性の超柔軟なグラフェン膜を開発しました。巨視的な材料。熱伝導率の新記録;同時に、材料はマイクロプリーツの大きなグラフェンから組み立てられます。これは非常に柔軟性があり、6,000回の繰り返し折り畳みと100,000回の曲げが可能です。

この最新の成果は、マクロ材料を高い熱伝導率と高い柔軟性と組み合わせることができないという世界的な問題を解決しました。効率的な熱管理、新世代のフレキシブル電子機器、航空宇宙などの分野で重要な用途が期待されています。この記事はAdvancedMaterialsに掲載されました。この論文の最初の著者は博士課程の学生Pengliでした。

電化製品は、動作時に熱くなり、通常の動作を保証するために効率的な熱管理が必要になります。新世代のデバイスにも曲げが必要です。したがって、高熱伝導率と高柔軟性の材料を研究することは非常に重要です。しかし、高い熱伝導率と高い柔軟性を備えた既存のマクロ材料は矛盾のペアであり、魚とクマのヤシはしばしば両方を持つことが困難です。たとえば、金属材料は優れた延性を備えていますが、最大熱伝導率は約429W / mKです。一部の無機セラミック材料は、熱伝導率が高くなりますが、非常に脆いものがあります。

グラフェンの出現は、この矛盾を解決するための理論的な可能性を提供します。この主要な科学的問題は、最近、優れた教授のチームによって克服されました。彼らは「大きなマイクロフォールド」のアイデアを創造的に提案しました。グラフェンの広い領域は欠陥が少なく、高い熱伝導率を達成できます。マイクロフォールドにより、曲げおよび曲げ時に材料に十分なひずみスペースを確保して、高い柔軟性を確保できます。

彼はチャイナサイエンスに、この新しいアイデアは簡単に実現できると語った。 3つのステップを完了することができます：1）大量の酸化グラフェン水分散液がフィルムに引っかかれます。 2）高温熱処理では、膜中の酸素含有官能基が高温で分解し、ガスを放出します。同時に、温度の上昇に伴い、グラフェンの欠陥構造が徐々に修復され、膨張によりガスがグラフェン膜内に遮断されます。マイクロバッグを形成します。 3）メカニカルロールをフィルムに押し込み、マイクロバルーンのガスを追加圧力下で排出してマイクロフォールドを形成します。

マイクロフォールドは、多くの場合、応力集中点です。外力の作用下で、折り目は弾性変形を生成し、局所的な折り目は引き伸ばされて永久変形を形成します。応力が大きいほど、引き伸ばされる折り目が多くなり、弾性変形と永久変形がより明確になります。比較すると、マイクロフォールドの数が多いグラフェン膜の破壊伸びは、従来のGPI膜の2〜3倍であり、最大値は16％に達する可能性があります。グラフェンマイクロフォールドの延性により、折り畳み、結び目、歪み、ナックルの繰り返し曲げ、折り紙など、複数の複雑な変形に耐えることができます。

グラフェンの熱伝導モードはフォノン伝導であり、境界、ボイド、官能基などはフォノン脱出の欠陥です。この目的のために、研究者たちは、エッジフォノンの脱出を減らすための原料として、断片化されていない大面積の酸化グラフェンを使用しました。同時に、高温熱処理を使用してグラフェンの表面の官能基を除去し、グラフェンの内部の穴を修復して、欠陥の少ないグラフェン構造を取得します。これらの構造変化は、ラマン、XRDおよびTEMによって確認されました。グラフェン膜の平均熱伝導率は1900W / mKで、最高値は2053 W / mKmに達しました。 1、最高のGPIメンブレンやその他のマクロ材料の熱伝導率を超えています。

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