上海理工大学《J APPL POLYM SCI》:石墨烯/聚萘胺的高柔性导热薄膜及其在 LED 器件热管理中的应用

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成果简介

在5G时代，电子元器件的集成化和小型化给热管理带来了越来越大的挑战。具有高导热性和柔韧性的材料被强烈地期望用于耗散此类器件中局部产生的热量。石墨烯由于其优异的导热性能，在热管理方面显示出巨大的潜力。

本文，上海理工大学材料科学与工程学院李静研究员团队在《J APPL POLYM SCI》期刊发表名为“Highly flexible and thermal conductive films of graphene/poly(naphthylamine) and applications in thermal management of LED devices”的论文，通过使用聚萘胺（PNA）作为修复添加剂来修复氧化石墨烯（GO）的拓扑缺陷，获得了具有增强导热性能的基于氧化石墨烯和聚萘胺（gGO/PNA）的复合薄膜。

具体来说，gGO/PNA 薄膜是通过简单的真空过滤操作和高温处理制备的。gGO/PNA 的最佳热导率 (κ) 达到 1016.03 W m-1  K -1，比原始石墨烯提高 31.3%。导热性能测试表明该薄膜具有来自发热 LED 灯泡的高效散热能力。此外，该薄膜具有出色的柔韧性，可经受 1000 次弯曲试验。这一发现可能会促进散热材料的发展及其在高度集成电子产品的热管理中的应用。

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图文导读

图1、gGO/PNA 薄膜的制造过程示意图

图2、(a) GO、(b) GO/PNA 和 (c) gGO/PNA-10% 薄膜表面形貌的 SEM 图像；(d) GO、(e) GO/PNA 和 (f) gGO/PNA-10% 薄膜的横截面图像

图3、GO 薄膜、PNA 和 GO/PNA 薄膜的 FTIR 光谱

图4、(a) GO、GO/PNA-x% 和 (b) gGO 和 gGO/PNA-x% 薄膜的 XRD 图案

图5、(a) GO 和 GO/PNA 薄膜，以及 (b) gGO 和 gGO/PNA 薄膜的拉曼光谱

图6、(a) 在室温下测量的热性能，以及 (b) gGO 和 gGO/PNA-x% 薄膜的导热性能；(c) 记录导热测量的温度-加热时间曲线

图7、石墨烯层压板结构缺陷的修复机制

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小结

总之，通过使用 PNA 分子作为修复添加剂，已经成功制备了高柔性和导热薄膜。凭借 PNA 分子的共轭结构与 GO 层压板之间的 π-π 相互作用，通过简单的真空过滤操作制备了 GO/PNA 薄膜。优异的热性能和机械性能使基于石墨烯的热扩散膜在广泛的传热和热管理方面具有巨大的潜力，这项工作已通过使用该膜作为 LED 灯泡的散热介质证明了这一点。

文献：https://doi.org/10.1002/app.51383