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鄒小姐：13326633089 -
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柔性電子技術(shù)是當(dāng)今最令人激動和最有前景的信息技術(shù)之一，受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。柔性電子具有優(yōu)異的靈活性、柔軟性以及延展性，可保證電子產(chǎn)品在彎曲、折疊、卷曲、壓縮、拉伸等狀態(tài)下正常運(yùn)行?；谏鲜鲂再|(zhì)，其應(yīng)用體現(xiàn)在人類生活的很多方面，如電子皮膚、可穿戴設(shè)備、照明、顯示以及光伏建筑一體化等。但隨著功率電子器件處理功率越來越大，其高效散熱成為日益突出的問題，基于此，近幾年出現(xiàn)了一種柔性自支撐石墨烯導(dǎo)熱紙材料，具有由微小的石墨烯片構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，具有較高的面內(nèi)熱導(dǎo)率和良好的機(jī)械性能，是針對柔性電子器件的有效解決方案。
石墨烯導(dǎo)熱紙
一、石墨烯導(dǎo)熱紙的特性
烯熱導(dǎo)率高達(dá) 5300 W/(m·K)，是非常好的導(dǎo)熱材料，單層石墨烯尺寸僅為幾個微米，厚度為一個或幾個原子層，作為實(shí)際導(dǎo)熱材料應(yīng)用需要將這種微小的石墨烯片復(fù)合成石墨烯導(dǎo)熱紙。石墨烯導(dǎo)熱紙由微小石墨烯片層疊搭接而形成微觀層狀結(jié)構(gòu)，是具有良好導(dǎo)電性和機(jī)械性能的柔性自支撐材料。
由于石墨烯導(dǎo)熱紙具有這種特殊的層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間僅通過范德華力相互耦合，縱向上通過低頻聲子導(dǎo)熱，導(dǎo)致了石墨烯導(dǎo)熱紙的熱傳導(dǎo)各向異性，面內(nèi)熱導(dǎo)率比垂直熱導(dǎo)率高3-4個數(shù)量級。石墨烯片尺寸、層數(shù)、缺陷，混合其它物質(zhì)以及導(dǎo)熱紙結(jié)構(gòu)、厚度等均會對石墨烯導(dǎo)熱紙的熱導(dǎo)率產(chǎn)生重要影響。
石墨烯導(dǎo)熱紙橫截面微觀結(jié)構(gòu)示意圖
二、石墨烯導(dǎo)熱紙的制備
目前石墨烯導(dǎo)熱紙采用的原材料多為液相氧化法制備的氧化石墨烯粉，這些粉體在微觀上是尺寸為幾百納米到幾十微米的微小薄片，石墨烯表面和邊緣被羥基、羧基、羰基、環(huán)氧基等基團(tuán)修飾。將氧化石墨烯制成石墨烯導(dǎo)熱紙還需要進(jìn)行還原處理，分別有前還原法和后還原法。
1.前還原法
前還原法是在氧化石墨烯的混合溶液中加入液態(tài)還原劑將氧化石墨烯還原成石墨烯，常見的還原劑有肼、氫碘酸、維他命C等。由于石墨烯不親水，為獲得穩(wěn)定的石墨烯分散液，還原過程通常在特殊有機(jī)溶劑或在摻有分散劑的水中進(jìn)行，最后制備成石墨烯導(dǎo)熱紙。
氧化石墨烯具有的含氧基團(tuán)使其具有良好的親水性，通過超聲或磁力攪拌的方法即可獲得氧化石墨烯的水分散液。
將氧化石墨烯分散液還原成石墨烯
2.后還原法
后還原法是先將氧化石墨烯分散液制備成氧化石墨烯紙，再利用高溫退火等方法將氧化石墨烯紙還原。由于氧化石墨烯易于分散，在水中就可以獲得穩(wěn)定的氧化石墨烯分散液，在材料制備和雜質(zhì)控制方面更具有優(yōu)勢，因此后還原法是目前石墨烯導(dǎo)熱紙制備中的主要還原方法。
將石墨烯（或氧化石墨烯）分散液制成紙的方法主要有真空抽濾、蒸發(fā)等自組織生長法，以及噴涂、刮涂等涂覆方法。其中，真空抽濾法具有定向流驅(qū)動力，能夠形成比較致密、均勻的微觀層狀結(jié)構(gòu)；蒸發(fā)法是將石墨烯（或氧化石墨烯）分散液倒入特定的基底上，在較溫和的溫度下蒸發(fā)干燥一定的時間，最后得到自支撐的石墨烯（或氧化石墨烯）紙，蒸發(fā)法能夠制備比真空抽濾法更大面積的材料；
涂敷方法則能夠進(jìn)一步增加石墨烯（或氧化石墨烯）紙的面積。
蒸發(fā)法制備石墨烯紙
三、影響石墨烯紙熱導(dǎo)率的因素
根據(jù)對石墨烯熱導(dǎo)率的理論和實(shí)驗(yàn)研究，研究人員分別從石墨烯片尺寸、退火溫度、導(dǎo)熱紙厚度、混合其他物質(zhì)幾個方面提升石墨烯紙的熱導(dǎo)率。
幾種因素對石墨烯紙熱導(dǎo)率的影響如下：
四、石墨烯紙?jiān)跓峁芾眍I(lǐng)域的應(yīng)用
雖然石墨烯紙的研究歷史并不長，但目前已發(fā)明了多種石墨烯紙的大面積快速制備方法，石墨烯紙也表現(xiàn)出高面內(nèi)熱導(dǎo)率、良好的柔性和機(jī)械性能、低電阻率等一系列優(yōu)良特性，賦予石墨烯紙良好的應(yīng)用前景。
石墨烯紙?jiān)谝韵骂I(lǐng)域具有應(yīng)用優(yōu)勢：
（1）作為熱界面材料：將石墨烯紙用于芯片、高功率LED、電池的界面散熱材料，能明顯降低這些器件的工作溫度；
（2）作為電磁屏蔽材料：將石墨烯紙用于電子封裝能夠降低整個電路系統(tǒng)的溫度，同時具有電磁屏蔽功能，保證電路系統(tǒng)不受電磁干擾；
（3）應(yīng)用形狀靈活：石墨烯紙所具有的柔性、大面積、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)使其特別適用于大面積鋪貼和剪裁，例如，將石墨烯紙覆于空間站伴隨模塊衛(wèi)星內(nèi)表面增加甲板導(dǎo)熱正在被我國科研人員論證；
（4）應(yīng)用于個人身體熱管理：石墨烯紙對人體的散熱能力顯著高于傳統(tǒng)棉花織物，而且石墨烯紙具有快速電-熱響應(yīng)，2.5V電壓即可滿足人體對正常熱量的需求；
石墨烯智能服飾
目前已證明石墨烯紙對器件/電路、封裝及發(fā)熱體散熱上的顯著優(yōu)勢，市場上也出現(xiàn)了手機(jī)、電腦等個人電子產(chǎn)品用的石墨烯紙散熱片。可以展望，隨著熱管理要求的不斷提高，石墨烯紙?jiān)陔娮?、航空、航天、艦船、車輛、日常用品上將獲得廣闊的應(yīng)用。
參考來源：
1. 石墨烯導(dǎo)熱紙研究進(jìn)展，王蘭喜、何延春、王虎、吳春華、李林（材料導(dǎo)報）；
2. 導(dǎo)熱紙（膜）的研究進(jìn)展，賈程瑛、劉文、朱陽陽、朱晶航、史賀、季劍鋒、李鴻凱（中國造紙）；
3. 氧化石墨烯的制備方法、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用研究進(jìn)展，張笑娟、魏琦峰、任秀蓮（應(yīng)用化工）。
粉體圈小吉
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