石墨烯基柔性导热材料的制备及导热性能的研究

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1、硕士学位论文石墨烯基柔性导热材料的制备及导热性能的研究作者姓名樊春雷学科专业能源化学工程指导教师李静教授所在学院化学与化工学院论文提交日期2018年4月Studyonthepreparationandthermalpropertiesofgraphene-basedflexiblethermallyconductivematerialADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChunleiFanSupervisor：ProfessorJingLi

2、SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TQ127.1学校代号：10561学号：201520118750华南理工大学硕士学位论文石墨烯基柔性导热材料的制备及导热性能的研究作者姓名：樊春雷指导教师姓名、职称：李静教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：能源化学工程研究方向：传热与节能工程论文提交日期：2018年4月24日论文答辩日期：2018年6月6日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：李新军委员：樊拴狮、郎雪梅、徐

3、文东、李静摘要近年来，随着电子技术及航天技术的快速发展，元器件的集成度及功率进一步增大，因此电子器件的热管理尤为重要。目前使用较多的热管理材料是金属材料，如铜、铝等，其特点是质量大、导热率低且柔韧性较低，这与电子产品的微型、质轻发展等特点不相符。因此，本文以当前导热性能最好的石墨烯作为基材，针对前驱体氧化石墨烯(GO)制备成膜时的搭接问题，采用碳纤维(CF)及碳纳米管(CNTs)作为导热膜的添加材料，研究相关参数对导热膜内片层的搭接及其综合性能的影响，并探讨柔性导热单元的制备及导热性能，结论如下。添加剂对柔

4、性导热膜的性能影响：采用改良的Hummers法制备氧化石墨烯，向氧化石墨烯溶液中添加适量的碳纤维及碳纳米管，柔性导热膜的抗拉强度及热扩散系数均明显提升。原因在于：添加的碳纤维及碳纳米管能在石墨烯片段搭接处形成导热通道，并可填充在导热膜经热还原时形成的气囊空腔。因此，添加碳纤维及碳纳米管可明显改善柔性导热膜内部的导热通道，并有效排出热还原产生的气体，使得导热膜的传热性能和抗拉强度均有明显提升。热还原温度及压力对柔性导热膜性能的影响：将导热膜在高温高压下进行处理，由微观表征及宏观测试结果可知，热还原及热压过程对

5、导热膜中片段搭接具有明显影响。柔性导热膜经过热还原处理后，其含氧官能团分解产生的气体容易冲击片层之间的搭接并造成石墨片搭接紊乱，但随着还原温度的进一步升高，含氧官能团的分解加剧的同时，碳键杂化结构也由SP3转向SP2，最终使得导热膜的热扩散系数值在1000℃时发生突变。热压法处理导热膜可改善由热还原造成的片层搭接的紊乱问题。随热还原压力的增大，导热膜的密度也随之增大，且导热膜内片层搭接处保持稳定。热还原条件为1000℃/12MPa，柔性导热膜的热导率达到490.951W/(mK)。柔性导热元件的制备及性能：

6、石墨烯基导热膜通过折叠、压制成的导热带的传热性能明显优于铜箔，但将其搭建制备成柔性导热元件时，其对恒温热沉的降温效果略差于自制铜导索，其原因在于柔性导热元件内存在两处焊接，因此引入了额外的接触热阻且焊料导热系数较低，从而导致柔性导热元件传热性能略差。但是此柔性导热元件能将热沉温度由125.4℃降低至110.6℃，表明其具有良好的传热效果。关键词：石墨烯基柔性导热膜；片层搭接；导热性能；填补空穴IABSTRACTRecently,withtherapiddevelopmentofelectronicandae

7、rospacetechnologies,thedegreeofintegrationandpowerofcomponentshasincreasedgreatly,makingthethermalmanagementofelectronicdevicesparticularlyimportant.However,metalmaterials,suchascopperandaluminum,whichareusedinmanyfieldsofthermalmanagement,whicharecharacte

8、rizedbyhighquality,lowthermalconductivity,andlowflexibility.Thisisinconsistentwiththecurrentmicroelectronicsandlightweightcharacteristicsofelectronicproducts.Therefore,thegraphenewithexcellentthermalconductiv