新思路:低维碳材料助力聚合物材料导热性提升


来源:中国粉体网

[导读]  近日,从低维碳纳米材料与制备技术大会会务组得到消息,中科院宁波材料所的林正得研究员将应邀出席4月24-25日在苏州金陵观园酒店举办的低维碳材料大会,本次会议是以中国粉体网为主办单位,联合江苏省纳米技术产业创新中心、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所各科研机构,旨在为石墨烯的产业化之路添砖加瓦。

中国粉体网讯  近日,从低维碳纳米材料与制备技术大会会务组得到消息,中科院宁波材料所的林正得研究员将应邀出席4月24-25日在苏州金陵观园酒店举办的低维碳材料大会,本次会议是以中国粉体网为主办单位,联合江苏省纳米技术产业创新中心、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所各科研机构,旨在为石墨烯的产业化之路添砖加瓦。林正得研究员本次的报告题目是《基于仿生石墨烯结构的导热增强复合材料》。


个人简介

 


林正得研究员2008年毕业于国立新竹清华大学材料科学与工程研究所,2010年-2012年于台湾中央研究院担任博士后研究员,开发石墨烯传感器件与能源应用。2012-2014年于美国麻省理工学院(MIT)担任博士后,从事石墨烯能源应用与复合材料的开发。


主要研究方向


团队围绕着石墨烯应用开展研究课题,包含:化学气相沉积技术(CVD)、热界面材料、功能复合材料、以及智能与传感器件。


石墨烯介绍


石墨烯是2004年发现,并在其后火速占领市场的二维纳米材料,因其特殊的纳米结构和优异的物理化学性能,在光学、电子学、磁学、生物医药学、催化剂、电池、超级电容和传感器等领域应用前景深远,被公认为21 世纪的“革命性材料”。


但是其在火速升温之后,带来的却是产业化的停滞不前,一些新的研究成果还停留在实验室里,没有得到真正的开发利用。石墨烯因具有超高强度、超高导热系数的特性,并能够在30-50℃之间自由调控温度,被业界誉为“新材料之王“。由于石墨烯的暴热,目前市场上出现了很多石墨烯衣服,并声称能够抵御严寒,不过根据调查,大多数是打着石墨烯的幌子,即所谓的挂羊头,卖狗肉。但在今年平昌冬奥会闭幕式的时候,北京以下一届冬奥会的举办城市,带来的“北京冬奥八分钟”让我们对石墨烯产业化的发展又燃起了新的希望。


石墨烯的导热系数


石墨烯又称单层石墨,是一种二维碳纳米材料,也是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米级材料。

 

几种常用导热材料的导热系数



美国加州大学的一项研究显示,石墨烯的导热性优于碳纳米管。普通碳纳米管的导热系数可达3000W/mK以上,各种金属中导热系数相对较高的有银、铜、金、铝,而单层石墨烯的导热系数可达5300W/mK,甚至有研究表明其导热系数高达6600W/mK。优异的导热性能使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。


石墨材料属于非金属晶体材料,其导热主要通过晶格的振动,即晶格波(声子)通过晶体结构单元的相互制约和相互协调的振动来实现热的传导。石墨烯由于其具有优良的导热性能,具有广泛的应用前景。导热性能主要受石墨烯的尺寸、温度、基底的影响。但由于石墨烯种类的繁多和性能的可调控性,深入研究石墨烯结构变化和各种性能是一项长期的工作。


石墨烯导热复合材料的增强


2016年1月,赖斯大学的研究人员制备了环氧树脂—石墨烯纳米带涂层复合材料,已经被证实其在直升机桨叶上融冰是有效的。这种涂层对于飞机、风力发电机、输电线路和其他暴露于寒冷天气的表面是一种有效的、实时的除冰途径(机制)。此外,该涂层提供了一个额外的电磁屏蔽层来防止飞机被雷击。


同年7月,我国台湾的研究人员证实,可将石墨烯用作发光二极管(LED)p-n结之间的一种高效热沉(即吸热部件)。当利用一种钛酸酯偶联剂(TCA),把还原石墨烯粘合到一种聚酰胺上,还原石墨烯能使一种界面的纳米复合材料的的导热性能提升,相比于一种仅含聚合物的吸热控热装置,导热性能提升53%与单纯用聚酰胺聚合物制成的导热材料相比,利用石墨烯复合材料制成的导热材料,除了导热性提升53%以上,还具有更好的平衡温度,这意味着材料具有更好的热传递性。


目前,石墨烯的产业化道路仍任重道远,期待四月林正得研究员为我们带来一场新的石墨烯方面的视听盛宴。

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