石墨烯导热材料研究进展
2021-11-13李炯利朱巧思梁佳丰郭建强王旭东
李 岳,李炯利,3,朱巧思,梁佳丰,郭建强,3,王旭东,3,
(1 中国航发北京航空材料研究院,北京 100095;2 北京石墨烯技术研究院有限公司,北京 100094;3 北京市石墨烯及应用工程技术研究中心,北京 100095)
随着电子电器设备向大容量、高功率密度和小型轻量化发展,小空间和大功率会不可避免地产生大量热量聚集,温度升高会降低电子电器设备性能及减少使用寿命,并带来安全隐患。为满足目前的市场需求,人们致力于寻求新型的高效导热材料来改善散热问题[1-2]。
石墨烯是碳原子以sp2杂化组成的二维纳米材料,具有超高的电导率(2000 S·m-1)、杨氏模量(1 TPa)、断裂强度(130 GPa)[3-4],热导率高达5300 W·m-1·K-1,远高于同属碳材料的金刚石(2000 W·m-1·K-1)与碳纳米管(单壁3500 W·m-1·K-1)[5],基于石墨烯的高导热材料引起了国内外广泛关注[6-8]。本文对石墨烯的本征热导率及其影响因素进行了讨论,介绍了目前以石墨烯作为主体材料的导热材料,包括石墨烯纤维、石墨烯薄膜和三维石墨烯,分析了它们的热导率及各类影响因素,探讨现有研究中存在的问题,并展望了其未来的发展前景。
1 石墨烯本征热导率及其影响因素
1.1 石墨烯本征热导率
2008年,为了精准测量石墨烯的本征热导率,Balandin等[9]将石墨进行机械剥离,制备出单层石墨烯,将其悬浮于Si/SiO2基底凹槽上,采用非接触式光热拉曼的方法测量了单层石墨烯的热导率,如图1所示,悬浮于沟槽上的单层石墨烯中央部分被激光加热,产生局部热点并在单层石墨烯片层内部传播,通过拉曼G峰值对应的频率对激发激光功率的依赖性得出,单层石墨烯在室温下的热导率为4840~5300 W·m-1·K-1。……
