石墨烯應用技術

石墨烯應用技術

熱傳導過程采取擴散形式，但各種材料的導（dǎo）熱機理是不同的。學者對材料的導熱機理進行了詳細的石墨熱場（chǎng）討論。固體內部的導熱載體（tǐ）分別為電子、聲（shēng）子(點陣波) 、光（guāng）子(電（diàn）磁輻射)等三種。對聚（jù）合物（wù）而言，通常為飽和體係，無自由電子，導（dǎo）熱載體為（wéi）聲子，熱傳導主要依靠晶格振動。聚合物相對分子質量很大，具有多分散（sàn）性，分子鏈則以無規則纏結（jié）方式存在，難以完全結晶，再加上（shàng）分子鏈的振動對聲子有（yǒu）散射作用，使聚合物材料（liào）的熱導率很小。

傳統要使聚合物具有更好的（de）熱導率，可通過以下二種方式進（jìn）行改性：
(1) 合成具（jù）有高熱導率的聚合物；
(2) 用高熱（rè）導率（lǜ）物質填充聚合物，製備聚合物基導熱複合材料。生產實踐中通常采用添加高熱導率填料的方式來提高高分子材料的（de）熱導率，得到導熱高分子複合材料。

填（tián）充型導熱塑料的導熱機理（lǐ）包括（kuò）：
A. 導熱塑料的導（dǎo）熱性能（néng）取決於聚合物和導熱填料的相互作用，也就是解決界麵技術及滲濾閾值的（de）選定（dìng）；
B. 填料種類不同其導熱機理不同。其中（zhōng），金屬填料是靠電子（zǐ）運動進行導熱（rè）；非金屬填料主（zhǔ）要依靠聲子導熱，其熱能擴散速率主要取決於鄰近原（yuán）子或結合基團（tuán）的振（zhèn）動。
C. 導熱填料對導熱性能影響因素包（bāo）括：填料種類、填料形（xíng）體和粒徑（jìng）、填料含量、填料表麵處理方（fāng）式及導熱機理（lǐ）。

我們現在談（tán）到石墨烯，世界上最（zuì）好的導（dǎo）熱（rè）材料，但基本上就是要（yào）先判斷是金屬還是非金屬填料後（hòu），再（zài）來討論合適（shì）的導（dǎo）熱機理。石墨烯被定義為「半金屬」，從材料的角度來看，石墨（mò）烯每個碳原子透過（guò） σ 鍵與相（xiàng）鄰的三個碳原（yuán）子連接，而每個碳原子剩（shèng）下一個未（wèi）成鍵的 π 電子與周圍的原子形成大 p 共軛結構，這樣 π 電（diàn）子就（jiù）能（néng）在石墨烯整個晶體結構中自由運（yùn）動。這時候，電子透（tòu）過 p 軌道重迭（dié）而（ér）發生離域，產生價帶充滿電子（zǐ）地延伸 π 係統。但電（diàn）子在晶體上並不是完全自由運動的（de），是受「勢場」與「聲子」影響。所以，石墨烯兼具「電子運動」及「聲子導熱」兩種導熱機（jī）理。

石墨烯的（de）熱傳導率隨著樣本大小呈對數遞增。石墨烯越長，每（měi）長度單位傳（chuán）遞的熱越多，這點我們可以把它（tā）視為因為長度較大，相同傳遞路徑（jìng）下相對（duì）較（jiào）短導致，這是二維碳原子層材（cái）料所發現另一個獨（dú）一無二的屬性。

石墨烯垂（chuí）直於平麵之（zhī）熱傳導率由於（yú）聲子受到邊界散射的影響，會（huì）隨著石（shí）墨烯層數增加而降（jiàng）低。聲子是晶格振動的量（liàng）子（zǐ）化形式，但當兩個晶（jīng）體有邊界不對齊（qí）時，熱傳遞數值僅為1╱10。複合材料導熱性能的影響因素包括﹕石墨烯添加量、層數、基體（tǐ）種類及界（jiè）麵阻力，大致上還是遵循這個機製。

在某種導熱差的材料中加入石墨烯，導熱變化會很大麽？這個問題就（jiù）是（shì）涉及這麽多的變量要考慮（lǜ）！由於石墨烯多是以複材型態呈現，首先要考慮的因子就是石墨烯與基材（cái）間的「界麵阻力」問題，再來考慮「層數」及「橫向尺度」，最（zuì）後才會去考慮「滲濾（lǜ）閾值（zhí）」及「性價比」。要記住（zhù），不同（tóng）石墨烯要配合（hé）不同基材、功能要（yào）求，這個概念要先建立（lì）。