石墨烯导热纸研究进展

由于依靠声子进行热传导的特性,石墨烯具有异乎寻常的高热导率。理论和实验研究均已证明,单层石墨烯的热导率可达5 000 W·m^-1·K^-1以上,是目前已知热导率最高的一种材料。然而,单层石墨烯由于厚度薄、片径小等几何尺寸上的原因而很难在宏观尺度上获得实际应用。得益于化学方法制备高质量石墨烯粉体的快速发展,将石墨烯粉体制备成柔性的高导热石墨烯纸是近几年的热点研究方向之一。虽然石墨烯纸的面内热导率已经能够达到1 000 W·m^-1·K^-1以上,但与单层石墨烯的热导率仍存在较大的差距,且纵向热导率低。近几年,科研人员从大尺寸石墨烯粉体的采用、石墨烯纸微观结构的优化、还原处理方法的改进、石墨烯与其他物质混合等方面进行了研究,在提高石墨烯纸的热导率上取得了比较显著的效果。本文综述了有关石墨烯纸的研究进展,介绍了石墨烯纸的制备方法,并分析影响石墨烯纸热导率的因素,讨论增强石墨烯纸热导率的方法,总结了提高石墨烯纸热导率的研究思路和发展趋势,最后展望了石墨烯纸在热管理领域的应用。     

石墨烯导热材料研究进展

石墨烯作为一种具有超高热导率的二维纳米材料,在导热领域有着广阔的应用前景.本文综述了石墨烯导热材料的研究进展,介绍了石墨烯本征热导率及其层数、缺陷、边缘情况等对热导率的影响,分析了石墨烯纤维的研究现状及存在的问题,讨论了各类石墨烯导热薄膜(纯石墨烯薄膜/石墨烯杂化薄膜/石墨烯聚合物复合薄膜)热导率的影响因素,归纳总结了各类三维石墨烯导热材料(无规分散石墨烯三维复合材料和特定结构石墨烯三维复合材料)的结构、性能与研究现状,最后指出了目前几种导热材料研究存在的问题并展望了石墨烯未来导热领域的发展方向,尤其是在LED照明、智能手机等高功率、高度集成系统中,石墨烯导热材料有着良好的发展前景.     

石墨烯基界面导热材料的研究现状

随着电子器件等对有效散热的需求日益迫切,石墨烯基界面导热材料由于其优异的热性能成为近年来研究的热点。综述了石墨烯基界面导热材料的组成成分,介绍了其热导率的预测模型和测定方法。并且了结合热导率模型,分析了填料本质导热性,填料添加量及其在基体中的分布,界面耦合强度等因素对其导热性的影响。最后,对其今后的研究和发展进行了分析和展望。     

石墨烯基薄膜在真空检漏中的潜在应用

针对超灵敏检漏系统中缺乏与漏率匹配的极小漏率标准漏孔的问题,基于无缺陷石墨烯对气体分子的不渗透性,提出使用石墨烯基薄膜作为漏孔元件新型材料的思路,并对多孔石墨烯薄膜的制备和机械强度进行了讨论,同时介绍了本课题组对氧化石墨烯薄膜渗透性的研究成果,为石墨烯基薄膜作为标准漏孔新型材料提供指导.     

化学法制备石墨烯基透明导电薄膜的研究进展

石墨烯作为一种新型的二维纳米材料,具有优异的透光率和导电性。与传统的铟锡氧化物(ITO)相比,石墨烯具有更高的导电性、较好的柔韧性和丰富的资源,因此石墨烯在透明导电薄膜领域有着较好的应用前景。主要对国内外近3年来化学法制备石墨烯基透明导电薄膜的最新研究成果进行综述。并以成膜方法的不同为区分,重点介绍了真空抽滤法、旋涂法、自组装、Langmuir-Blodgett(LB)法、喷涂法制备石墨烯基透明导电薄膜的最新研究成果。同时,对薄膜的硝酸处理、掺杂进行了介绍。最后,就目前化学法制备石墨烯基透明导电薄膜所面临的问题进行了讨论,并对石墨烯透明导电薄膜的未来发展进行了展望。     

石墨烯湿敏性能研究进展

湿度传感器与大气监测、工业生产和生物医疗等领域息息相关。随着科技的不断发展,人们对高性能湿度传感器的需求不断增加,这为湿度传感器行业的发展带来了前所未有的机遇和挑战,其中高性能湿敏材料的开发尤为关键。在诸多湿度传感器中,金属氧化物或金属氧化物/聚合物复合材料湿度传感器因其敏感元件选择的多样性、易于后加工处理和响应特性高等特点而受到广泛关注。与聚合物湿度传感器相比,陶瓷材料的合成过程更简便,响应也通常更为迅速,且聚合物的成本更低。近些年,新型纳米材料被广泛应用于湿度传感器领域,逐渐成为湿敏材料的主要发展方向及研究热点。零维和一维纳米碳质材料,如富勒烯、碳纳米管作为湿敏活性层制备的传感器通常具有大比表面积、可室温下工作、易于实现微型化、稳定性好等诸多优点,但它们的零维或一维结构与现有的平面电子器件加工工艺不相匹配。石墨烯是由sp2杂化的碳原子紧密排列构成的二维蜂巢晶格结构的单层石墨,其独特的二维结构适用于现有的平面电子器件加工工艺。石墨烯材料作为湿敏活性层受到研究者们的广泛关注是因为它具备诸多优异特性:(1)石墨烯的所有原子都在表面,具有超大的比表面积,原则上,石墨烯传感器的动态检测范围可以从单个分子到很高的浓度水平;(2)利用石墨烯的电学特性和力学特性可以很好地进行传感信号的转换;(3)金属、聚合物或其他修饰剂功能化的石墨烯能与特定分子发生相互作用,大大增强传感器的选择性;(4)石墨烯单晶可以制作四探针装置,从而能够避免接触电阻的影响,并大大提高灵敏度;(5)与其他纳米碳材料如碳纳米管相比,石墨烯和氧化石墨烯制备成本更低。本文综述了石墨烯湿敏性能及其应用的研究进展,着重讨论了本征石墨烯、氧化石墨烯和改性石墨烯的湿敏特性。文章最后分析了石墨烯基湿度传感器未来的发展方向和面临的挑战。     

氧化石墨烯的还原研究进展

石墨烯自首次被Novoselov和Geim等发现和报道后,因其特殊的光、电、热及力学等优异性能而受到广泛研究。在众多制备石墨烯的方法中,还原氧化石墨烯是目前最有希望实现大规模生产石墨烯的方法。鉴于此,重点回顾和比较了国内外氧化石墨烯的还原方法,其间介绍了部分还原机理,并预测了未来发展的趋势。     

酰胺化氮化硼−氧化石墨烯导热绝缘油墨的研制

目的 研制兼具导热和绝缘特性的油墨,以拓展油墨在电子器件领域的应用。方法 以氮化硼(BN)晶体和尿素为原料,采用球磨法合成了氨基化氮化硼(BN-NH₂)纳米片,并在羧基活化剂的参与下,利用氧化石墨烯(GO)上的羧基与BN-NH₂上的氨基共价反应,制备酰胺化氮化硼-氧化石墨烯纳米复合填料(BN-GO),辅以高分子树脂、单体、颜料及各类助剂,研制导热绝缘油墨。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等手段对BN-NH₂纳米片的形貌结构、晶型晶面和BN-GO的价键结构进行表征,最后对油墨的印刷适性、导热性能和绝缘性能进行测试。结果 实验成功制备了氨基化氮化硼(BN-NH₂)纳米片和酰胺化氮化硼-氧化石墨烯纳米复合填料(BN-GO),当BN-GO的质量分数为3.0%时,所制备的导热绝缘油墨的印刷适性良好,印刷打样后的导热系数可提升至1.45 W/(m·K),体积电阻率高达9.86×10¹¹Ω·cm,相较于空白油墨试样,分别提升了4.8倍...     

导热型碳纤维增强聚合物基复合材料的研究进展

综述了导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)的研究与应用现状和进展,阐述了CFRP的声子导热和光子导热机理,介绍了不同铺层角度和铺层比的CFRP面内和厚度方向热导率计算模型及测试方法,分析了环氧树脂、氰酸酯、双马来酰亚胺等3类树脂体系和聚丙烯腈基(PAN)碳纤维、中间相沥青基碳纤维、气相生长碳纤维、碳纳米管纤维等4类增强体以及工艺方法等因素对CFRP热导率的影响。     

导热高分子材料研究进展

讨论了提高聚合物导热性能的途径－合成高导热系数的结构聚合物，用高导热无机填料对聚合物进行填充复合。综述了导热高分子材料的研究成果：聚合物导热的基本概念和影响其导热性能的因素及导热系数的预测理论；聚合物基导热复合材料的选材、复合技术及其应用。指出了导热高分子材料的研究方向－－纳米导热填料的研究和开发；聚合物树脂基体的物理化学改性；聚合物基体与导热填料复合新技术的研究和开发；复合材料导热模型的建立、导热机理（特别是聚合物基体与导热填料界面的结构与性能对材料导热性能的影响）及导热通路的形成等；探索高导热本体聚合物材料的制备方法和途径等。对导热高分子材料的研究和开发有重要意义。     

石墨烯纳米片/(酚酞聚芳醚酮-环氧树脂)双逾渗导热复合材料的制备和性能

为在较低的导热填料含量下提高环氧树脂(EP)的热导率,通过溶液法制备了石墨烯纳米片/(酚酞聚芳醚酮-EP) (GNP/(PEK-C-EP))复合材料.基于接触角测量计算并预测了GNP的选择性分布,并通过SEM和激光闪光法研究了GNP和PEK-C含量对GNP/(PEK-C-EP)复合材料的微观结构和热导率的影响.结果 表...     

石墨烯基有序介孔金属氧化物复合材料的制备及研究进展

综述了以石墨烯作为载体,利用有序介孔金属氧化物特殊的3D结构,以及两者共存产生的协同效应,开发系列新型石墨烯基有序介孔金属氧化物复合材料的最新研究进展。介绍了本课题组在有序介孔金属氧化物的可控合成、与石墨烯的有效复合以及复合材料的光电性能等方面的探索性研究。着重对石墨烯基有序介孔金属氧化物复合材料的制备方法、形成机理及其在催化、电化学、传感和能量储存等领域的最新应用进行概述,并展望了其未来的发展趋势。     

膨胀石墨-碳纤维/尼龙三元导热复合材料制备

以尼龙6（PA6）为基体,膨胀石墨（EG）和碳纤维（CF）作为导热填料,采用熔融共混法制备了EG/PA6、CF/PA6和CF-EG/PA6导热复合材料。重点研究当固定导热填料（CF和EG）填充量为40wt%时,CF与EG不同的填充比例对CF与EG的接触方式及CF-EG/PA6复合材料的导热性和力学性能的影响。结果表明,相比单一CF填充,EG的加入有利于CF-EG/PA6复合材料热导率的增加;CF:EG质量比是25:15时的EG-CF/PA6三元复合材料,热导率可以达到2.554 W/（m·K）,是PA6的8倍,拉伸强度提高了125.34%,弯曲强度提高了119.8%,同时具有优异的耐热性。SEM结果表明,纤维状CF与蠕虫状EG片层在适当的填充比例下可以形成"面接触"的三维网络结构,这种三维网络结构不仅显著增大EG-CF/PA6复合材料的热导率,而且明显提高了其力学性能和耐热性能。为研制填充型导热高分子材料提供了一条新思路。      

基于外力诱导取向的高导热聚合物基复合材料研究进展

随着半导体制备技术的快速发展,小型化和集成化是电子设备发展的趋势,散热能力成了制约电子元器件发展的关键因素,对热界面和封装材料的导热性能提出了更高的要求.导热填料与聚合物基体之间简单的共混难以实现低填充量下的高导热性.填料的取向有助于实现各向异性的热导率和降低导热逾渗阈值,因此如何在聚合物基体中构筑导热填料的取向结构从...     

Ultrahigh Thermal Conductive yet Superflexible Graphene Films

Electrical devices generate heat at work. The heat should be transferred away immediately by a thermal manager to keep proper functions, especially for high‐frequency apparatuses. Besides high thermal conductivity (K ), the thermal manager material requires good foldability for the next generation flexible electronics. Unfortunately, metals have satisfactory ductility but inferior K (≤429 W m^?1 K^?1), and highly thermal‐conductive nonmetallic materials are generally brittle. Therefore, fabricating a foldable macroscopic material with a prominent K is still under challenge. This study solves the problem by folding atomic thin graphene into microfolds. The debris‐free giant graphene sheets endow graphene film (GF) with a high K of 1940 ± 113 W m^?1 K^?1. Simultaneously, the microfolds render GF superflexible with a high fracture elongation up to 16%, enabling it more than 6000 cycles of ultimate folding. The large‐area multifunctional GFs can be easily integrated into high‐power flexible devices for highly efficient thermal management.     

石墨烯纳米流体研究进展

润滑与冷却是当前工业领域两个重要的议题。前者与机械装置、零部件的使用可靠性和寿命直接相关,对减少摩擦产生的能耗具有重大意义,而后者对于高功率密度器件的热管理至关重要。二者的结合在航空航天、汽车机械等领域广泛存在,而纳米流体是一种很好的承载二者的工作介质。本文针对石墨烯纳米流体这一热点,综述了石墨烯纳米流体的分散理论基础与方法,对影响石墨烯纳米流体悬浮稳定性因素进行了调研,归纳总结了纳米流体的导热机理、影响因素以及石墨烯纳米流体进展,分析了纳米流体未实现大面积应用的主要原因,同时对石墨烯作为添加剂应用于润滑领域的进展进行了评述。最终提出石墨烯纳米流体协同增强换热与减磨润滑的应用设计。在航天器等应用领域中,由于对石墨烯纳米流体的力热耦合综合性能缺乏广泛研究,以及航天器稳定性和长期运行可靠性等问题,未来的研究应以航天传热工质为基础,进行纳米粒子针对性设计,通过系统开展基于空间环境动态流动换热性能与回路寿命的研究,为未来实现纳米流体的航天器应用奠定理论基础和提供技术支撑。     

高导热工程塑料的研究进展

介绍了高导热工程塑料的导热性能、导热机理,并在此基础上探讨了提高塑料导热性能的3种途径,特别是阐述了通过改进高聚物加工工艺及其设备来提高导热性,并展望了导热工程塑料的应用前景.     

石墨烯微片/聚丙烯导热复合材料的制备与性能

通过熔融共混法制备了两种不同型号石墨烯微片（GNPs）填加的GNPs/聚丙烯（PP）导热复合材料,研究了GNPs型号（KNG180,KNG150）和含量对其导热性能、密度、结晶性能和热稳定性能的影响。结果表明,KNG180 GNPs/PP复合材料密度高于KNG150 GNPs/PP,同时KNG180对提高聚丙烯结晶度的效果优于KNG150。随着石墨烯微片含量的增加,两种复合材料导热系数均明显增大,而且KNG180填充的复合材料导热性能明显优于KNG150;当KNG180的添加量为60%（质量分数）时,GNPs/PP复合材料的导热系数从纯聚丙烯的0.087 W/（m·K）提高到1.32 W/（m·K）,提高了14倍多。石墨烯微片的加入显著提高了聚丙烯的热稳定性,当KNG180或KNG150的质量分数为10%时,聚丙烯达到最大热失重速率时的温度从345.1 ℃分别提高到374.6 ℃和397.9 ℃,但是当石墨烯微片超过一定含量时,热稳定性会下降。     

The development of graphene-based devices for cell biology research

Graphene has emerged as a new carbon nanoform with great potential in many applications due to its exceptional physical and chemical properties. Especially, graphene and its derivatives are also gaining a lot of interest in the biomedical field as new components for biosensors, tissue engineering, and drug delivery. This review presents unique properties of graphene, the bio-effects of graphene and its derivatives, especially their interactions with cells and the development of graphene-based biosensors and nanomedicines for cancer diagnosis and treatment.