电子器件小型化、致密化的快速发展,对高导热、柔性热界面材料(TIM)提出了大量需求,以保证电子器件的使用可靠性且延长其使用寿命。在此,我们通过真空辅助过滤策略提出了高导热和柔性石墨烯(Gr)薄膜。在强大的真空剪切力和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的分散作用的驱动下,由于氢键(H-键)的作用,Gr片层呈层状堆叠。高层合Gr/PVP膜(GPVP-F)具有81.2 W m
-1 K
-1的面内导热系数,5.1 W m
-1 K
-1的通面导热系数。在实际应用中,GPVP-F作为柔性TIM使用时,可将发光二极管(LED)芯片冷却4.3℃(从46.1℃降至41.8℃),在室温器件(< 50℃)冷却方面处于先进水平。此外,GPVP-F在100℃条件下仍具有良好的导热性(68.1 W m
-1 K
-1),经过10次加热冷却循环后仍具有良好的稳定性。更重要的是,出色的灵活性确保了GPVP-F能够应用于不规则形状的设备。以上结果使GPVP-F在电子器件热管理方面具有广阔的应用前景。
图1. (a)GPVP-F的制备示意图。(b,c)GPVP-F的数码照片。(d) GPVP-F横截面的SEM图像。(e) Gr/PVP溶液和Gr溶液的照片。(f) Gr/PVP的TEM图像。
图2. (a) GPVP-F和Gr粉末的XRD图谱。(b) GPVP-F和Gr粉末的拉曼光谱。(c)10℃ min
-1,N
2气氛中, GPVP-F、Gr粉末和PVP加热至600℃的TG曲线。(d) GPVP-F的XPS测量图。(e) GPVP-F的反卷积C 1s。(f)Gr/PVP粉末和Gr粉末的FTIR图谱。
图3. (a)由不同Gr含量的分散体制备的GPVP-F的导热系数。(b) GPVP-F的面内、通面导热系数和热扩散系数。(c) GPVP-F的导热系数随温度的变化。(d) GPVP-F在加热和冷却循环过程中的导热系数变化曲线。
图4. 本工作中与其他文献中报道的Gr基薄膜的热导率的比较。
图5. GPVP-F沿平面内和穿过平面方向的热传导机制示意图。
图6. (a) 测试GPVP-F冷却效率的实验装置:裸态LED和GPVP-F-基LED的数字照片。LED的中心温度作为工作时间的函数(b),以及相应的IR图像(c)。
图7. 基于有限元分析的GPVP-F的LED冷却系统的温度分布。裸态LED(a)和LED-GPVP-F(b)的有限元模型。LED裸态(c)和LED-GPVP-F(d)的温度分布。
相关研究成果由中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室、中国科学院大学Fengxia Yang等人于2023年发表在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。
转自《石墨烯研究》公众号