Nuevo avance en la membrana de grafeno hiperflexible de la Universidad de Zhejiang con alta conductividad térmica

Recientemente, el equipo de profesores de alto polímero de la Universidad de Zhejiang desarrolló una membrana de grafeno ultraflexible de alta conductividad con una conductividad térmica de hasta 2053W / mK, que es cercana al 40% de la conductividad térmica ideal de grafeno de una sola capa, creando un material macroscópico. Nuevo récord de conductividad térmica; Al mismo tiempo, el material se ensambla a partir de un grafeno grande microplegado, que es súper flexible y se puede doblar repetidamente 6.000 veces y someterlo a doblar 100.000 veces.

Este último logro ha resuelto el problema mundial de que los macromateriales no se pueden combinar con una alta conductividad térmica y una alta flexibilidad. Se espera obtener aplicaciones importantes en campos como la gestión eficiente del calor, los dispositivos electrónicos flexibles de nueva generación y la industria aeroespacial. El artículo fue publicado en AdvancedMaterials. El primer autor del artículo fue el estudiante de doctorado Pengli.

Los aparatos eléctricos se calentarán cuando funcionen y requieran una gestión eficiente del calor para garantizar su funcionamiento normal. La nueva generación de dispositivos también requiere doblarse. Por lo tanto, es muy importante estudiar materiales de alta conductividad térmica y alta flexibilidad. Sin embargo, los macromateriales existentes de alta conductividad térmica y alta flexibilidad son un par de contradicciones, el pez y el oso Palm suelen ser difíciles de tener ambos. Por ejemplo, los materiales metálicos tienen buena ductilidad, pero su conductividad térmica máxima es de aproximadamente 429 W / mK. Algunos materiales cerámicos inorgánicos tienen una conductividad térmica más alta pero son muy frágiles.

La aparición del grafeno ofrece posibilidades teóricas para resolver esta contradicción. Este importante problema científico fue superado recientemente por el equipo de magníficos profesores. Propusieron de forma creativa la idea de "grandes micro-pliegues": grandes áreas de grafeno tienen menos defectos y pueden alcanzar una alta conductividad térmica; El microfold permite que el material tenga suficiente espacio de tensión al doblar y doblar para garantizar una alta flexibilidad.

Le dijo a China Science que esta nueva idea era fácil de lograr. Se pueden completar tres pasos: 1) Se raspan grandes cantidades de solución de dispersión acuosa de óxido de grafeno en una película; 2) Tratamiento térmico a alta temperatura, el grupo funcional que contiene oxígeno en la membrana se descompone a altas temperaturas, liberando gas. Al mismo tiempo, con el aumento de temperatura, la estructura del defecto del grafeno se repara gradualmente y el gas se bloquea dentro de la membrana de grafeno debido a la expansión. Formar microbolsas; 3) El rodillo mecánico se presiona en la película y el gas del microglobo se descarga bajo la presión añadida para formar un micropliegue.

Los micro-pliegues suelen ser puntos de concentración de estrés. Bajo la acción de fuerzas externas, los pliegues producirán una deformación elástica y los pliegues locales se estirarán para formar una deformación permanente. Cuanto mayor es la tensión, más pliegues se estiran, más obvia es la deformación elástica y la deformación permanente. La comparación muestra que el alargamiento de la fractura de la membrana de grafeno con una gran cantidad de micro-pliegues es de 2 a 3 veces mayor que el de la membrana GPI tradicional, y el valor máximo puede alcanzar el 16%. La ductilidad de los micro-pliegues de grafeno le permite tolerar múltiples deformaciones complejas como plegado repetido, anudado, distorsión, flexión repetida de nudillos y Origami.

El modo de conducción térmica del grafeno es la conducción de fonones, y los límites, vacíos, grupos funcionales, etc. son defectos del escape de fonones. Para ello, los investigadores utilizaron una gran área no fragmentada de óxido de grafeno como materia prima para reducir el escape de fonones de borde. Al mismo tiempo, se utiliza un tratamiento térmico de alta temperatura para eliminar los grupos funcionales en la superficie del grafeno y reparar los agujeros internos en el grafeno para obtener una estructura de grafeno menos defectuosa. Estos cambios estructurales fueron confirmados por Raman, XRD y TEM. La conductividad térmica promedio de la membrana de grafeno fue de 1900 W / mK y el valor más alto alcanzó los 2053 W / mKm. 1, supera la conductividad térmica de la mejor membrana GPI y otros macromateriales.

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