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《石墨烯基界面導(dǎo)熱材料的研究現(xiàn)狀》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、石墨烯基界面導(dǎo)熱材料的研究現(xiàn)狀尚玉，張東（同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092）摘要：隨著電子器件等對(duì)有效散熱的需求日益迫切，石墨烯基界面導(dǎo)熱材料由于其優(yōu)異的熱性能成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。本文綜述了石墨烯基界面導(dǎo)熱材料的組成成分，介紹了其熱導(dǎo)率的預(yù)測(cè)模型和測(cè)定方法。并且了結(jié)合熱導(dǎo)率模型，分析了填料本質(zhì)導(dǎo)熱性，填料添加量及其在基體中的分布，界面耦合強(qiáng)度等因素對(duì)其導(dǎo)熱性的影響。最后，對(duì)其今后的研究和發(fā)展進(jìn)行了分析和展望。關(guān)鍵詞：石墨烯；界面導(dǎo)熱；熱導(dǎo)率；影響因素1引言隨著電子技術(shù)迅速的發(fā)展，電子元器
2、件的集成程度和功率密度不斷提高，電子器件的耗散功率密度和發(fā)熱量越來(lái)越大，因此散熱問(wèn)題變得越來(lái)越重要，對(duì)熱管理技術(shù)的要求也更加嚴(yán)格。界面導(dǎo)熱材料在熱管理中起到十分關(guān)鍵的作用。[1]界面導(dǎo)熱材料是一種普遍用于集成電路（IC）封裝和電子散熱的材料，主要用于填補(bǔ)兩種材料接合或接觸時(shí)產(chǎn)生的微觀空隙及表面凹凸不平的孔洞，增大界面接觸，提高材料的散熱性[2?3](如圖1)。其原理是由于在接觸面間存在空氣間隙，空氣導(dǎo)熱系數(shù)只有0.025W/(m·K)，是熱的不良導(dǎo)體，將導(dǎo)致接觸熱阻非常大，嚴(yán)重阻礙了熱量的傳導(dǎo)。界面導(dǎo)熱材料熱導(dǎo)率較高，且可填充于接觸
3、面之間，驅(qū)除接觸界面孔隙內(nèi)的空氣，在整個(gè)接觸界面上形成連續(xù)的導(dǎo)熱通道，提高散熱效率[4]。傳統(tǒng)的界面導(dǎo)熱材料主要是以導(dǎo)熱顆粒填充聚合物或者油脂，組成導(dǎo)熱脂、導(dǎo)熱膠黏劑、導(dǎo)熱橡膠及相變材料等幾類界面材料。其填料填充體積要求很大（~70%），才能達(dá)到室溫下導(dǎo)熱系數(shù)為1~5W/(m·K)。因而對(duì)于更好的界面導(dǎo)基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題(2012AA030303)；上海市基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(12JC1408600)通訊作者：張東教授，博士生導(dǎo)師，Tel：021-65982144Email：Zhangdng@tongji
4、.edu.cn作者簡(jiǎn)介：尚玉（1990-）。女，河北保定人，在讀碩士，師承張東教授從事石墨烯制備與應(yīng)用方面的研究。E-mail：shangyu1990sy@163.com[5]熱材料和更高熱導(dǎo)率填料的需求日益迫切。碳材料因其具有較高熱導(dǎo)率，引起了研究的關(guān)注。如石墨(2000W/(m·K))，金剛石(2300W/(m·K))，炭黑，碳納米管(CNT)(3000~3500W/(m·K))，石墨納米片層等[6-7]。碳納米管有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，熱導(dǎo)率為3000~3500W/(m·K)[8-9]，可用作導(dǎo)熱填料。但是，碳納米管在使用中面臨了許
5、多問(wèn)題。雖然有研究表明，碳納米管在填料體積f?7%時(shí)，熱導(dǎo)率提高50~250%[10-12]。但是碳納米管并不能與基體良好耦合，其邊界熱阻達(dá)10?7m2K/W[14]，導(dǎo)致熱導(dǎo)率并不隨添加量增大而明顯提高[13]。并且碳納米管在工業(yè)應(yīng)用中的成本仍舊很高，很難達(dá)到碳納米管的定向排列從而有效提高材料的熱導(dǎo)率。碳納米管的這些不足也促使尋找更好的具有高熱導(dǎo)率的填料。[15-16]石墨烯是碳原子以sp2鍵緊密排列成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)熱性能優(yōu)于碳納米管。石墨烯有極高的熱導(dǎo)率，單層石墨烯的熱導(dǎo)率可達(dá)5300W/(m·K)[17]，并且有良
6、好的熱穩(wěn)定性。而且除了有高的熱導(dǎo)率值，石墨烯的二維幾何形狀，及與基體材料的強(qiáng)耦合，低成本，都使得石墨烯成為界面材料的理想填料。研究表明，石墨烯基界面導(dǎo)熱材料的熱導(dǎo)率相對(duì)傳統(tǒng)界面導(dǎo)熱材料可明顯提高。將石墨烯基界面導(dǎo)熱材料應(yīng)用于熱管理可滿足飛速發(fā)展的電子工業(yè)中高密度、高集成度組裝發(fā)展的要求。本文結(jié)合近年來(lái)的相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)石墨烯基界面導(dǎo)熱材料的目前的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。并就當(dāng)前研究中的存在的問(wèn)題及今后研究中的關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行了探討和展望。圖1(a)界面真實(shí)接觸面積小于表觀面積的說(shuō)明圖。也顯示了理想的界面導(dǎo)熱材料，完全填補(bǔ)空隙而沒(méi)有厚度(b)真實(shí)的界
7、面導(dǎo)熱材料Fig.1(a)Schematicshowingthatrealareaofcontactislessthanapparentareaofcontact.Thisfigurealsoshowsanidealthermalinterfacematerial(TIM),whichcompletelyfillsthegapwithzerothickness.(b)Schematicrepresentingarealthermalinterfacematerial(TIM).2石墨烯基界面導(dǎo)熱材料的組成界面導(dǎo)熱材料是由基體材料和導(dǎo)
8、熱填料組成的復(fù)合材料。2.1基體材料界面導(dǎo)熱材料的基體主要有硅油、礦物油、硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚氨酯等。石墨烯基界面導(dǎo)熱材料的研究大多數(shù)專注于石墨烯與環(huán)氧樹(shù)脂基體的復(fù)合。環(huán)氧樹(shù)脂常用作導(dǎo)熱膠黏劑的基體，其具有優(yōu)良的電
