資源描述：
《石墨烯基界面導熱材料的研究現狀》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、石墨烯基界面導熱材料的研究現狀尚玉，張東（同濟大學材料科學與工程學院先進土木工程材料教育部重點實驗室，上海200092）摘要：隨著電子器件等對有效散熱的需求日益迫切，石墨烯基界面導熱材料由于其優(yōu)異的熱性能成為近年來研究的熱點。本文綜述了石墨烯基界面導熱材料的組成成分，介紹了其熱導率的預測模型和測定方法。并且了結合熱導率模型，分析了填料本質導熱性，填料添加量及其在基體中的分布，界面耦合強度等因素對其導熱性的影響。最后，對其今后的研究和發(fā)展進行了分析和展望。關鍵詞：石墨烯；界面導熱；熱導率；影響因素1引言隨著電子技術迅速的發(fā)展，電子元器
2、件的集成程度和功率密度不斷提高，電子器件的耗散功率密度和發(fā)熱量越來越大，因此散熱問題變得越來越重要，對熱管理技術的要求也更加嚴格。界面導熱材料在熱管理中起到十分關鍵的作用。[1]界面導熱材料是一種普遍用于集成電路（IC）封裝和電子散熱的材料，主要用于填補兩種材料接合或接觸時產生的微觀空隙及表面凹凸不平的孔洞，增大界面接觸，提高材料的散熱性[2?3](如圖1)。其原理是由于在接觸面間存在空氣間隙，空氣導熱系數只有0.025W/(m·K)，是熱的不良導體，將導致接觸熱阻非常大，嚴重阻礙了熱量的傳導。界面導熱材料熱導率較高，且可填充于接觸
3、面之間，驅除接觸界面孔隙內的空氣，在整個接觸界面上形成連續(xù)的導熱通道，提高散熱效率[4]。傳統(tǒng)的界面導熱材料主要是以導熱顆粒填充聚合物或者油脂，組成導熱脂、導熱膠黏劑、導熱橡膠及相變材料等幾類界面材料。其填料填充體積要求很大（~70%），才能達到室溫下導熱系數為1~5W/(m·K)。因而對于更好的界面導基金項目：國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)課題(2012AA030303)；上海市基礎研究重點項目(12JC1408600)通訊作者：張東教授，博士生導師，Tel：021-65982144Email：Zhangdng@tongji
4、.edu.cn作者簡介：尚玉（1990-）。女，河北保定人，在讀碩士，師承張東教授從事石墨烯制備與應用方面的研究。E-mail：shangyu1990sy@163.com[5]熱材料和更高熱導率填料的需求日益迫切。碳材料因其具有較高熱導率，引起了研究的關注。如石墨(2000W/(m·K))，金剛石(2300W/(m·K))，炭黑，碳納米管(CNT)(3000~3500W/(m·K))，石墨納米片層等[6-7]。碳納米管有優(yōu)異的導熱性能，熱導率為3000~3500W/(m·K)[8-9]，可用作導熱填料。但是，碳納米管在使用中面臨了許
5、多問題。雖然有研究表明，碳納米管在填料體積f?7%時，熱導率提高50~250%[10-12]。但是碳納米管并不能與基體良好耦合，其邊界熱阻達10?7m2K/W[14]，導致熱導率并不隨添加量增大而明顯提高[13]。并且碳納米管在工業(yè)應用中的成本仍舊很高，很難達到碳納米管的定向排列從而有效提高材料的熱導率。碳納米管的這些不足也促使尋找更好的具有高熱導率的填料。[15-16]石墨烯是碳原子以sp2鍵緊密排列成的二維蜂窩狀晶格結構，其導熱性能優(yōu)于碳納米管。石墨烯有極高的熱導率，單層石墨烯的熱導率可達5300W/(m·K)[17]，并且有良
6、好的熱穩(wěn)定性。而且除了有高的熱導率值，石墨烯的二維幾何形狀，及與基體材料的強耦合，低成本，都使得石墨烯成為界面材料的理想填料。研究表明，石墨烯基界面導熱材料的熱導率相對傳統(tǒng)界面導熱材料可明顯提高。將石墨烯基界面導熱材料應用于熱管理可滿足飛速發(fā)展的電子工業(yè)中高密度、高集成度組裝發(fā)展的要求。本文結合近年來的相關文獻，對石墨烯基界面導熱材料的目前的研究現狀進行綜述。并就當前研究中的存在的問題及今后研究中的關注點進行了探討和展望。圖1(a)界面真實接觸面積小于表觀面積的說明圖。也顯示了理想的界面導熱材料，完全填補空隙而沒有厚度(b)真實的界
7、面導熱材料Fig.1(a)Schematicshowingthatrealareaofcontactislessthanapparentareaofcontact.Thisfigurealsoshowsanidealthermalinterfacematerial(TIM),whichcompletelyfillsthegapwithzerothickness.(b)Schematicrepresentingarealthermalinterfacematerial(TIM).2石墨烯基界面導熱材料的組成界面導熱材料是由基體材料和導
8、熱填料組成的復合材料。2.1基體材料界面導熱材料的基體主要有硅油、礦物油、硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚氨酯等。石墨烯基界面導熱材料的研究大多數專注于石墨烯與環(huán)氧樹脂基體的復合。環(huán)氧樹脂常用作導熱膠黏劑的基體，其具有優(yōu)良的電
