石墨烯在强化传热领域的研究进展.ppt

石墨烯在强化传热领域的研究进展 来源：科技导报，2015.33（5） 作者：于伟 谢华清 陈立飞 汪明珠 齐玉 上海第二工业大学工学部环境与材料 工程学院 研究背景 研究进展 1 2 总结与展望 3 研究背景 石墨烯是一种单原子层厚度的二维平面碳纳米材料，由 sp2杂化碳原子连接而成，该特殊结构赋予了石墨烯独特 的物理和化学特性。 自Novoselov和Geim于2004年发现至今，石墨烯以超高载 流子迁移率、高热导率、高强度、高比表面积等优点引起 了科技界的广泛关注。 2008年，通过实验得到了单层石墨烯的热导率，其值高达5300 W·m-1·K-1。 研究进展 1 石墨烯及氧化石墨烯薄膜（纸）的热导率 美国加州大学 共焦显微拉曼光谱 原理 结论 石墨烯的拉曼光谱G带具有很强的温度敏感性，通过测试石墨烯G带拉曼位移的改变，计算得到石墨烯的热导率。 单层石墨烯的热导率。 分析了不同层数石墨烯拉曼光谱随温度变化的系数，得到了石墨烯的热导率与层数间的关系。 谢华清等采用稳态自加热法研究自由悬架的石墨烯纳米带的热传输特性 研究表明 1 2 3 热导率与温度关系很大，随温度的升高而增大 T： -75℃～100℃ K： 126.21～877.32 W·m-1·K-1 在50℃时，石墨烯纳米带的热导率突增至1044.41 W·m-1·K-1。 误差小于5%，是一种可靠的测试石墨烯热导率的方法 研究者 研究发现 Chen 石墨烯拉曼光谱2D带的温度敏感性优于G 单层石墨烯在真空中的最大导热率为3100W·m-1·K-1 Lee 采用类似的测试方法得到的热导率分别为1800 W·m-1·K-1（325 K）和710 W·m-1·K-1（500 K） Cai 测试了悬架的石墨烯和有支撑的石墨烯的热导率，分别 为2500和370 W·m-1·K-1 Schwamb 采用四点测量方法，得到了还原氧化石墨烯的热导率，发现其热传输特性强烈依赖于石墨烯的氧化水平 氧化石墨烯薄膜的面内和垂直方向的热导率 改性后的氧化石墨烯纸的热导率 具有各向异性，面内的热扩散系数和热导率分别为 1.57×10-6 m2·s-1和2.21 W·m-1·K-1 ，垂直方向的热扩散系数为1.68×10-7 m2·s-1. 碱土金属离子改性的氧化石墨烯纸的热导率达到61.38 W·m-1·K-1 氧化石墨烯膜的导热性能研究 2.石墨烯基纳米流体 研究进展 纳米流体 指以一定方式在液体介质中添加纳米粒子或是纳米管而形成均匀、稳定、高效的新型换热介质 性能预测 石墨烯作为一种碳纳米材料，超高的热导率，使其在热管理领域具有很大潜能。 石墨烯是二维纳米材料，相较于零维纳米颗粒和一维纳米管，其热传输特性和传热机制有很大不同 。 Yu研究乙二醇基含氧化石墨烯的纳米流体。因为氧化石墨烯表面有丰富的极性基团，有良好的亲水性，可在乙二醇得到很好的分散，具有良好的长期稳定性。 纳米流体的热导率增加比随着基体热导率的增加而降低。两者的热导率相差越大，纳米流体热导率增加效果越明显 虽然氧化石墨烯能够有效地增加纳米流体的热导率，但是其热导率增加比远小于预期值 氧化石墨烯的本身热导率小于石墨烯，而且氧过程产生的结构缺陷，直接影响了热量沿着二维平面的传输 纳米流体的热导率增加比随着氧化石墨烯的添加量的增加而近似线性增大 氧化石墨烯具有很强的亲水性，能够均匀稳定地分散在极性溶剂中，但是很难分散在非极性溶剂中。 于伟等采用相转移方法制备了均匀稳定的含有氧化石墨烯的非极 性溶剂的悬浮液 氧化石墨烯还原，在还原过程中加入表面活性剂，阻止石墨烯的团聚，得到易在极性溶剂中分散的石墨烯。 热界面材料是指在固体表面接触时（通常指发热源和散热器件） 用于补充和填充因固体接触表面不匹配而产生的缝隙的材料 通常需要具有优良的导热能力和良好的浸润性。 石墨烯以其优异的热导率可以广泛应用各种类型的热界面材料 如作为填料用于导热硅脂、导热凝胶、相变材料等 热界面材料 性能预测 研究进展 3.石墨烯热界面材料 采用高温热还原的方法制备了还原的氧化石墨烯（RGO） 采用插层—膨胀—剥离的方法制备了石墨烯纳米片（GNP） 分别以RGO、GNP和天然鳞片石墨（NFG）为填料制备了导热硅脂 体积分数 导热率增加比 结论 1% RGO 最大（103.8%） 在低添加量时，RGO是最有效的填料 1.25% 显著的毛细效应，导热硅脂丧失流动性，限制了实际应用 4.25% GNP最大（668%） 远高于以NFG为填料的导热硅 原因：1.二维平面结构、高热导率，降低了尺寸效应对声子散射的贡献 2.比表面积较大，增加填料与基质的接触面