跳到主要内容

话题

结构和动力学

结构和动力学

基于石墨烯的复合材料可以很酷

20 Feb 2012 IsabelleDumé.
Making the 热界面材料

 

加州大学的研究人员在美国,我们表示,他们已经开发了一个新的“热界面材料”(TIM)可以有效地从诸如计算机芯片或发光二极管的电子元件中消除不需要的热量。该材料是石墨烯和多层石墨烯的复合物。

不需要的热量是基于传统硅电路的现代电子系统中的一个大问题 - 由于设备变得更小,更复杂,问题越来越差。 TIM在热源之间定位 - 例如计算机芯片 - 以及散热器,并且它们在冷却装置中发挥着至关重要的作用。传统的时间通常填充有导热金属颗粒,并具有1-5毫米的热导体–1 K–1 在室温下。通常需要大容量级分(超过50%)填料颗粒以实现这种导电性。

冷却组成

石墨烯可能是用作填料的填料,以便携带热量,因为纯石墨烯具有大的内在室温导热率,其在2000-5000毫米的范围内–1 K–1。这些值高于金刚石的值,已知的最佳散装热导体。

理想情况下,对于实际应用,研究人员希望制作热导体约25毫米的时间–1 K–1。这些材料不仅用于有效地凉爽的数字电子元件,而且用于在能量应用中 - 例如,防止太阳能电池过热 - 以及下一代高功率密度通信设备。

Alexander Balandin及其同事提出了在2010年使用几层石墨烯。现在,它们成功地提高了常规使用的工业环氧树脂的蒂姆的导热率,或者“grease”因为它在行业中更好,从约5.8瓦米–1 K–1 to a record 14 Wm–1 K–1。在这种情况下,填料颗粒由石墨烯和几层石墨烯的优化混合物组成,并且环氧树脂中碳基材料的体积分数在2%下非常低。

研究人员使用廉价且简单的液相剥离技术制备了自己的石墨烯和少数石墨烯。这是一种高产法,可以轻松扩大到工业水平。

降低阻力

根据该团队,它是单层和双层石墨烯的存在与较厚的石墨多层多层,其增强了复合材料的导热率与观察到的值。“例如,石墨烯在这方面的优异性能与例如碳纳米管相比 - 例如,含碳纳米管 - 感谢较小的‘Kapitza’石墨烯与基础基质材料之间的热界面电阻,” says Balandin. “石墨烯只需更好地耦合到基质材料。”

实验表明,石墨烯和少数石墨烯片是更有效的填充材料,用于增加比常规使用的填料的热导电率,例如氧化铝颗粒。新的石墨烯基填料也与先前测试的材料(例如碳纳米管或石墨纳米纳米键)不同,因为这些材料仅弱耦合到基质。

利用纳米级效果

BALANDIN说,他一直研究纳米结构的热性质 - 包括极其薄膜和纳米线 - 近15年。“我的动机是利用纳米级效应来控制声子的传播 - 负责许多材料中的热传导的晶格的振动,” he explains.

该团队现在计划与行业工程师合作,开发下一代Tims,这很可能是基于石墨烯。“这些必须满足不同应用的具体要求,” says Balandin.

这项工作据报道 纳米字母.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者