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中國科學院理化技術研究所低溫工程學重點實驗室、中國科學院大學Fengxia Yang等--各向異性石墨烯薄膜導熱性和柔性提高，可實現高效的熱管理

電子器件小型化、致密化的快速發展，對高導熱、柔性熱界面材料(TIM)提出了大量需求，以保證電子器件的使用可靠性且延長其使用壽命。在此，我們通過真空輔助過濾策略提出了高導熱和柔性石墨烯(Gr)薄膜。在強大的真空剪切力和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的分散作用的驅動下，由于氫鍵(H-鍵)的作用，Gr片層呈層狀堆疊。高層合Gr/PVP膜(GPVP-F)具有81.2 W m^-1 K^-1的面內導熱系數，5.1 W m^-1 K^-1的通面導熱系數。在實際應用中，GPVP-F作為柔性TIM使用時，可將發光二極管(LED)芯片冷卻4.3℃(從46.1℃降至41.8℃)，在室溫器件(< 50℃)冷卻方面處于先進水平。此外，GPVP-F在100℃條件下仍具有良好的導熱性(68.1 W m^-1 K^-1)，經過10次加熱冷卻循環后仍具有良好的穩定性。更重要的是，出色的靈活性確保了GPVP-F能夠應用于不規則形狀的設備。以上結果使GPVP-F在電子器件熱管理方面具有廣闊的應用前景。

圖1. （a）GPVP-F的制備示意圖。（b，c）GPVP-F的數碼照片。（d） GPVP-F橫截面的SEM圖像。（e） Gr/PVP溶液和Gr溶液的照片。（f） Gr/PVP的TEM圖像。

圖2. （a） GPVP-F和Gr粉末的XRD圖譜。（b） GPVP-F和Gr粉末的拉曼光譜。（c）10℃ min^-1，N₂氣氛中， GPVP-F、Gr粉末和PVP加熱至600℃的TG曲線。（d） GPVP-F的XPS測量圖。（e） GPVP-F的反卷積C 1s。（f）Gr/PVP粉末和Gr粉末的FTIR圖譜。

圖3. (a)由不同Gr含量的分散體制備的GPVP-F的導熱系數。(b) GPVP-F的面內、通面導熱系數和熱擴散系數。(c) GPVP-F的導熱系數隨溫度的變化。(d) GPVP-F在加熱和冷卻循環過程中的導熱系數變化曲線。

圖4. 本工作中與其他文獻中報道的Gr基薄膜的熱導率的比較。

圖5. GPVP-F沿平面內和穿過平面方向的熱傳導機制示意圖。

圖6. （a）測試GPVP-F冷卻效率的實驗裝置：裸態LED和GPVP-F-基LED的數字照片。LED的中心溫度作為工作時間的函數（b），以及相應的IR圖像（c）。

圖7. 基于有限元分析的GPVP-F的LED冷卻系統的溫度分布。裸態LED（a）和LED-GPVP-F（b）的有限元模型。LED裸態（c）和LED-GPVP-F（d）的溫度分布。

相關研究成果由中國科學院理化技術研究所低溫工程學重點實驗室、中國科學院大學Fengxia Yang等人于2023年發表在Ceramics International (https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.04.225)上。原文：Anisotropic graphene films with improved thermal conductivity and flexibility for efficient thermal management。

轉自《石墨烯研究》公眾號



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