盡管導熱石墨烯片在提高聚合物的面內(nèi)熱導率方面是有效的，但由此產(chǎn)生的納米復合材料通常表現(xiàn)出低的面內(nèi)熱導率，限制了它們作為熱界面材料的應用。在此，層狀結(jié)構(gòu)的聚酰胺酸鹽/氧化石墨烯 (PAAS/GO) 混合氣凝膠是通過 PAAS/GO 懸浮液的雙向冷凍然后凍干來構(gòu)建的。隨后，PAAS 單體聚合成聚酰亞胺 (PI)，而 GO 在 300℃ 的熱退火過程中轉(zhuǎn)化為熱還原氧化石墨烯 (RGO)。在 2800 ℃的最終石墨化將 PI 轉(zhuǎn)化為具有 RGO 感應效應的石墨化碳，同時，RGO 被熱還原并修復為高質(zhì)量的石墨烯。最后，首次制備出具有優(yōu)異平面熱傳導能力的層狀結(jié)構(gòu)石墨烯氣凝膠，其優(yōu)異的平面熱傳導能力源于其垂直排列和緊密堆疊的高質(zhì)量石墨烯薄片。在用環(huán)氧樹脂進行真空輔助浸漬后，所得的含有 2.30 vol% 石墨烯的環(huán)氧樹脂復合材料表現(xiàn)出高達 20.0 W m
-1 K
-1的出色的垂直方向熱導率，是環(huán)氧樹脂的100倍，比熱導率提高了4310%，創(chuàng)歷史新高。此外，層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠賦予環(huán)氧樹脂高斷裂韌性，約為環(huán)氧樹脂的 1.71 倍。
Figure 1. (a) LSGA 及其環(huán)氧樹脂復合材料的合成示意圖。沿Z軸觀察到的(b)P
9G
1、(c)P8G2、(d)P
7G
3、(e) P
6G
4和(f)P
5G
5的形貌SEM圖；沿 Z 軸觀察到的(g) P
9G
1-2800、(h) P
8G
2-2800、(i)P
7G
3-2800、(j)P
6G
4-2800 和(k) P
5G
5-2800形貌的 SEM 圖像。
Figure 2. (a)LSGAs 表觀密度與 PAAS/GO 懸浮液中 GO 含量的關(guān)系圖；插圖顯示了石墨化處理后不同尺寸的 LSGA。(b,c) GO、PI和LSGAs的XRD圖譜。(d)LSGA 的 (002) 衍射角和半高寬與 PAAS/GO 懸浮液中 GO 含量的關(guān)系圖。
Figure 3. (a) G
9P
1-2800、(b) G
8P
2-2800、(c) G
7P
3-2800、(d)G
6P
4-2800 和(e)G
5P
5-2800的拉曼映射。(f) LSGA 的平均
I D /
I G值和晶體尺寸與 PAAS/GO 懸浮液中 GO 含量的關(guān)系圖。G
6P
4-2800 的(g)TEM 和(h)HRTEM 圖像。
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Figure 4. (a)沿Z方向的熱導率，和(b)石墨烯/環(huán)氧樹脂復合材料的特定 TCE。(a)中的數(shù)據(jù)是其環(huán)氧復合材料中的石墨烯含量。(c) GE4、GE4-30%、GE4-50%、GE4-70%三個方向的熱導率比較。(d)復合材料在三個方向上的熱導率隨石墨烯含量的變化曲線。(e)不同溫度下三個方向的GE4-70%的熱導率。(f)GE4-70% Z方向的熱導率與文獻報道的比較。
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Figure 5. (a)環(huán)氧樹脂及其復合材料在 75℃同一熱臺上的紅外圖像，表明 GE
4-70%-Z 具有最佳的導熱效率。左欄中的 SEM 圖像顯示了環(huán)氧樹脂和復合材料的形態(tài)。(b)LED芯片工作時的頂視紅外圖像，表明使用GE4-70%-Z作為TIM時散熱效率更高。(c)數(shù)碼照片顯示兩個 LED 芯片與商用硅橡膠和 GE4-70%-Z 作為 TIM 集成。(d)兩個芯片上同一圖中的溫度升高之間的比較，由(b)中的白色虛線圓圈表示。
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Figure 6. (a)環(huán)氧樹脂、IGE4、GE4、GE4-30%、GE4-50% 和 GE4-70% 的典型力-位移曲線。(b)環(huán)氧樹脂和我們的石墨烯/環(huán)氧樹脂復合材料的K IC比較。(c)最大斷裂韌性與裂紋長度的 R 上升曲線。(d) SEM 圖像顯示了直線裂紋擴展。(e-g) SEM 圖像顯示 GE4-70% 的曲折裂紋擴展；(f)和(g)是(e)中所選部分的放大版本。
相關(guān)研究工作由北京化工大學Zhong-Zhen Yu和Xiaofeng Li課題組于2022年在線發(fā)表于《Nano-Micro Letters》期刊上，原文：3D Lamellar-Structured Graphene Aerogels for Thermal Interface Composites with High Through-Plane Thermal Conductivity and Fracture Toughness。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
