研究发现,石墨烯膜的热导率与组装石墨烯膜原料的横向尺寸相关,一般大尺寸原料利于提升其导热性能。这是由于原料片层的横向尺寸越大,石墨烯膜中片层间的界面越少,越利于热输运。因此,选择大尺寸的氧化石墨烯原料,通过涂布、干燥、石墨化和压延等工艺来制备石墨烯导热膜,是制备高性能石墨烯导热膜的重要策略。然而,大尺寸氧化石墨烯的批量化制备面临技术挑战,并存在制备过程繁琐、低产率和高成本等问题。同时,在组装过程中,大尺寸氧化石墨烯对高温过程产生气体的逸出存在更显著的抑制作用,导致导热膜引入的皱纹和微孔等结构缺陷更多。这限制了大尺寸原料在制备高性能石墨烯方面的优势。
研究团队以超小尺寸氧化石墨烯为原料,在~ 110 μm膜厚时实现了1550.06 ± 12.99 W/mK的横向热导率,超过此前文献报道的水平。该水平与使用大尺寸氧化石墨烯制备的导热膜相近,且纵向热导率更高。在实际应用场景中,相较于裸芯片,芯片表面温度在装载石墨烯导热膜后有所降低,最大降温幅度达到21.2 ℃,芯片表面温度分布更加均匀。因此,超小尺寸氧化石墨烯制备的高性能导热膜可以较好地满足电子器件实际热管理需求。这为制备高性能石墨烯导热膜提供了新思路,并为提升石墨烯导热膜纵向导热性能提供了新线索。
相关研究成果以Anomalous size effects of ultra-small graphene sheets on the thermal properties of macroscopic films为题发表在《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal)上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。
参考来源: 上海微系统与信息技术研究所
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