Neuer Durchbruch bei der hyperflexiblen Graphenmembran der Universität Zhejiang mit hoher Wärmeleitfähigkeit

Kürzlich hat das Team von Hochpolymerprofessoren an der Zhejiang-Universität eine hochflexible hochflexible Graphenmembran mit einer Wärmeleitfähigkeit von bis zu 2053 W / mK entwickelt, die nahezu 40% der idealen einschichtigen Graphen-Wärmeleitfähigkeit entspricht ein makroskopisches Material. Neuer Rekord der Wärmeleitfähigkeit; Gleichzeitig wird das Material aus einem mikrofalten großen Graphen zusammengesetzt, das superflexibel ist und 6.000-mal wiederholt gefaltet und 100.000-mal gebogen werden kann.

Diese neueste Errungenschaft hat das weltweite Problem gelöst, dass Makromaterialien nicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher Flexibilität kombiniert werden können. Es wird erwartet, dass wichtige Anwendungen in Bereichen wie effizientes Wärmemanagement, flexible elektronische Geräte der neuen Generation und Luft- und Raumfahrt erhalten werden. Der Artikel wurde in AdvancedMaterials veröffentlicht. Der erste Autor der Arbeit war der Doktorand Pengli.

Elektrogeräte erwärmen sich während der Arbeit und erfordern ein effizientes Wärmemanagement, um ihren normalen Betrieb sicherzustellen. Die neue Gerätegeneration erfordert auch ein Biegen. Daher ist es sehr wichtig, Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher Flexibilität zu untersuchen. Die vorhandenen Makromaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher Flexibilität sind jedoch zwei Widersprüche. Fisch und Bärenpalme sind oft schwer zu haben. Beispielsweise haben Metallmaterialien eine gute Duktilität, aber ihre maximale Wärmeleitfähigkeit beträgt etwa 429 W / mK. Einige anorganische Keramikmaterialien haben eine höhere Wärmeleitfähigkeit, sind jedoch sehr spröde.

Die Entstehung von Graphen bietet theoretische Möglichkeiten zur Lösung dieses Widerspruchs. Dieses große wissenschaftliche Problem wurde kürzlich vom Team hervorragender Professoren gelöst. Sie schlugen kreativ die Idee von "großen Mikrofalten" vor: Große Graphenflächen weisen weniger Defekte auf und können eine hohe Wärmeleitfähigkeit erreichen; Die Mikrofalte ermöglicht es dem Material, beim Biegen und Biegen genügend Dehnungsraum zu haben, um eine hohe Flexibilität zu gewährleisten.

Er sagte China Science, dass diese neue Idee leicht zu erreichen sei. Es können drei Schritte ausgeführt werden: 1) Große Mengen einer Graphenoxid-Wasserdispersionslösung werden zu einem Film zerkratzt; 2) Hochtemperatur-Wärmebehandlung, die sauerstoffhaltige funktionelle Gruppe in der Membran zersetzt sich bei hohen Temperaturen und setzt Gas frei. Gleichzeitig wird mit steigender Temperatur die Graphendefektstruktur allmählich repariert und das Gas innerhalb der Graphenmembran aufgrund der Expansion blockiert. Mikrotaschen bilden; 3) Die mechanische Walze wird in den Film gedrückt und das Gas des Mikroballons wird unter dem zusätzlichen Druck abgegeben, um eine Mikrofalte zu bilden.

Mikrofalten sind oft Spannungskonzentrationspunkte. Unter der Einwirkung äußerer Kräfte erzeugen Falten eine elastische Verformung, und lokale Falten werden ausgestreckt, um eine dauerhafte Verformung zu bilden. Je größer die Spannung ist, je mehr Falten gedehnt werden, desto offensichtlicher ist die elastische Verformung und bleibende Verformung. Der Vergleich zeigt, dass die Bruchdehnung der Graphenmembran mit einer großen Anzahl von Mikrofalten 2- bis 3-mal höher ist als die der herkömmlichen GPI-Membran und der Maximalwert 16% erreichen kann. Die Duktilität von Graphen-Mikrofalten ermöglicht es, mehrere komplexe Verformungen wie wiederholtes Falten, Verknoten, Verziehen, wiederholtes Biegen der Knöchel und Origami zu tolerieren.

Der Wärmeleitungsmodus von Graphen ist die Phononenleitung, und Grenzen, Hohlräume, funktionelle Gruppen usw. sind Defekte der Phononenentweichung. Zu diesem Zweck verwendeten die Forscher eine nicht fragmentierte große Fläche von Graphenoxid als Rohmaterial, um das Entweichen von Randphononen zu verringern. Gleichzeitig wird eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung verwendet, um die funktionellen Gruppen auf der Oberfläche von Graphen zu entfernen und die inneren Löcher in Graphen zu reparieren, um eine weniger fehlerhafte Graphenstruktur zu erhalten. Diese strukturellen Veränderungen wurden von Raman, XRD und TEM bestätigt. Die durchschnittliche Wärmeleitfähigkeit der Graphenmembran betrug 1900 W / mK und der höchste Wert erreichte 2053 W / mKm. 1 übertrifft die Wärmeleitfähigkeit der besten GPI-Membran und anderer Makromaterialien.

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