石墨烯导热膜的制备及其性能研究文献综述
2020-04-25 20:21:00
随着科学技术的不断发展,各种电子元器件日趋轻型化,微型化,高性能化,在运行的过程中不可避免的会产生和累积大量的热量,如果热量不能被及时导出,过高的温度会降低芯片的工作稳定性,增加出错率,尤其是电子模块与外界环境之间的过大的温度差会形成热应力,直接影响到电子芯片的电性能、工作频率、机械强度以及可靠性。
所以,必须依靠性能优异的散热材料将器件所生成的热量快速的散发出去。
传统的散热材料主要依靠于金属,例如银、铜、铝等,但是金属材料的一些固有性质,例如密度大、耐腐蚀性差等已经严重的制约了其在散热材料方面的应用[1]。
1石墨烯简介: 碳元素是自然界含量最丰富的元素之一,也是人类接触和利用的最早的元素之一[2],碳在自然环境中分布十分广泛,存在多种同素异形体,例如,金刚石,石墨,富勒烯,以及接下来我们要研究的石墨烯等等。
而在石墨烯出现之前,一些科学家在通过热力学原理在理论上预测,单层二维碳原子材料是无法单独存在的[3],即使被制备出来,在室温下会很快分解或蜷曲。
一直到 2004 年,英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈.海姆和康斯坦丁.诺沃肖洛夫,利用微机械剥离法成功的从石墨中分离出了石墨烯[4],证实单层的二维石墨烯是可以单独存在的,直到此时,科学界对于石墨烯的研究在慢慢开始活跃,两位科学家也因此获得了 2010年诺贝尔物理学奖,而石墨烯也被誉为是第四次工业革命的关键,被称为―黑金‖和―新材料之王‖[5]。
石墨烯,实质上是由成碳六元环状的 sp2 杂化碳原子构成的二维蜂窝状结构的物质,其厚度只有一个碳原子[6],正是由于这些性质,石墨烯具有许多及其优良的性能,如高透光率,高导热率,高导电率,极大的比表面积,优良的机械强度等等,正是由于这些特性[7],使得石墨烯具有巨大的潜力与广泛的应用价值。
氧化石墨烯即石墨烯的氧化物[8],是在天然鳞片石墨经过强氧化剂处理后,具有单层或多层石墨烯结构的材料,其制备工艺较为简单,并且可以大量生产,由于石墨烯制备工艺复杂,成本较高,所以选择氧化石墨作为石墨烯的前驱体,将石墨烯的结构引入[9];另一方面,氧化石墨烯表面含有官能团,片层上由于羟基的存在而带有负电荷,在水或者有机溶剂中能够形成稳定的水分散液,所以氧化石墨烯的研究成为了目前石墨烯研究的热点。
例如我们接下来即将介绍的零维氧化石墨烯量子点,一维的氧化石墨烯纤维,二维的氧化石墨烯薄膜,三维的氧化石墨烯超电容材料。
Zhang 等[10]通过将 CVD 法制备的碳纳米管采用静电纺丝法得到取向较高并且密度较高的碳纳米管薄膜,其热导率达到 766 W/m K。
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