納米石墨片復(fù)合膜的制備及其導(dǎo)熱性能研究.pdf

1、近年來，隨著智能電子產(chǎn)品和穿戴電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，電子器件日益集成化、微型化和多功能化，導(dǎo)致了電子器件的發(fā)熱量和功率密度大幅度地提升。這對(duì)電子產(chǎn)品的熱管理，尤其是導(dǎo)熱材料，提出了苛刻的要求。納米石墨片是一種類石墨烯材料，制備成本較低，且具有很高的熱導(dǎo)率。因此，研究以納米石墨片為原料制備導(dǎo)熱石墨膜并應(yīng)用于電子產(chǎn)品的散熱是非常有價(jià)值的。本論文以納米石墨片為主要原料，采用沉積和涂膜方法，制備了GNP/CMC（納米石墨片/羧甲基纖維素鈉）和GN

2、P/rGO（納米石墨片/還原氧化石墨烯）復(fù)合石墨膜，系統(tǒng)研究了相關(guān)工藝參數(shù)對(duì)拉伸強(qiáng)度、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能的影響，并實(shí)際測(cè)試了復(fù)合石墨膜的散熱效果。
　　采用超聲剝離的方法制備出了納米石墨片并用其蒸發(fā)沉積出了GNP/CMC復(fù)合石墨膜，并探究了輥壓和熱處理工藝及CMC含量對(duì)復(fù)合石墨膜力學(xué)及導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的影響。納米石墨片為表面光滑的片層結(jié)構(gòu)，沒有嚴(yán)重的團(tuán)聚，厚度大約為50nm，片徑大約在2-10μm之間，并且邊緣地帶略有蜷曲和翹起。當(dāng)GNP

3、:CMC=30:7時(shí)復(fù)合膜的綜合性能優(yōu)異，密度為1.11g/cm3，抗拉強(qiáng)度為14.2MPa，電阻率為3.89mΩ·cm，方阻為0.87Ω/□，熱擴(kuò)散系數(shù)為115.7mm2/s，熱導(dǎo)率為72.1W/(m·K)。采用模擬芯片對(duì)復(fù)合石墨膜的散熱性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明：當(dāng)功率密度為2W/cm2時(shí)GNP:CMC=30:3的復(fù)合膜可使芯片溫度下降43.7℃。
　　采用改進(jìn)的Hummers方法制備出了氧化石墨（GO）和還原氧化石墨烯（rG

4、O）并用其刷涂出了GNP/rGO復(fù)合石墨膜，并探究了化學(xué)還原和熱處理工藝及GO含量對(duì)復(fù)合石墨膜力學(xué)及導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的影響。rGO也呈現(xiàn)片層結(jié)構(gòu)，厚度大約為25nm，片徑大約在2-5μm之間，并且存在大量的褶皺和蜷曲。當(dāng)GNP:rGO=1:3時(shí)復(fù)合膜的綜合性能優(yōu)異，經(jīng)950℃熱處理后抗拉強(qiáng)度為16.9MPa，電阻率為4.14mΩ·cm，方阻為1.48Ω/□，熱擴(kuò)散系數(shù)為1080.6mm2/s，熱導(dǎo)率為323.8W/(m·K)。采用模擬芯片對(duì)

5、復(fù)合石墨膜的散熱性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)功率密度為2W/cm2時(shí)GNP:rGO=1:3的復(fù)合膜可使芯片溫度下降75℃，表明復(fù)合石墨膜的實(shí)際散溫效果顯著。最后，將GNP/rGO復(fù)合膜與目前市面上使用較多的膨脹石墨紙（EGP）和熱解石墨膜（PGS）進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)功率密度為2W/cm2時(shí)，GNP:rGO=1:3的復(fù)合膜（降溫75℃）的散熱效果優(yōu)于EGP（降溫73℃）低于PGS（降溫82℃），證明了復(fù)合石墨膜顯著的散熱效果和潛在的應(yīng)用價(jià)值。