对透平面导热复合材料的高效散热提出了很高的要求。巨型薄片具有较大的晶畴和显著减少界面声子散射，使其有希望构建高导热复合材料。然而，由于巨大的质量和巨大的水动力阻力，实现巨型薄片的垂直方向仍然具有挑战性。在这里，我们通过微线剪切获得了高度垂直有序的巨型氧化石墨液晶(横向尺寸超过100 μm)，使复合材料具有创纪录平面热导率为94 W m−1 K−1。微丝垂直运动引起的微尺度剪切场克服了巨大的水动力能垒，使巨型薄片垂直重新定向。所得到的液晶表现出极其迟滞的弛豫，可形成大尺度垂直阵列，双向有序度高达0.82。石墨阵列基复合材料表现出超过35倍单位体积的超高热增强效率。此外，与商业热界面材料相比，该复合材料在热管理测试中提高了93%的冷却效率。我们的工作提供了一种新的方法来精确操纵巨大粒子的方向，并促进具有先进功能的垂直阵列的大规模制造。
图文简介
微丝剪切巨型氧化石墨垂直取向研究。a)不同方法调节的各种液晶介元尺寸，说明我们的微丝剪切能够有效控制胶体到巨片。b)微丝剪切数码摄影。直径为25 μm的拉伸微丝垂直运动产生剪切场。将氧化石墨(GtO)叶片涂在水平衬底上。c)剪切场的速度梯度(v/x)诱导板料旋转并垂直定向。d)无边界微丝剪切控制机理。e)氧化石墨骨架结构变化随S/W的变化，(i) S/W = 4， (ii) S/W = 1， (iii) S/W = 0.1。插入的是对应的傅里叶变换衍射图样。f)衍射图对应的方位角图。
高有序氧化石墨液晶的慢弛豫。a)氧化石墨阵列干燥后z、y、x方向的二维小角度x射线散射图及相应的方位积分强度分布。b)干燥骨架分别从z、y、x三个方向的SEM图像，显示双向排列。c)氧化石墨分散浓度与各向同性向列相图。d)阶参数随松弛时间增加的湮灭。e-h)随着弛豫时间的增加，不同相的结构演化(从左到右):各向同性相为10 mg g-1，双相为23 mg g-1，向列相为30 mg g-1和60 mg g-1。
板序对复合材料导热性能的影响。a)石墨阵列填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料的制备。b)石墨阵列晶畴尺寸与热退火温度的关系。La和Lc是晶体长度和厚度分别。c)大面积复合材料垫块数字照片。d) S/W为0.1的侧视图SEM图像。e)复合材料的通面导热系数(K)及其阶次参数随S/W的减小而变化。在相同的石墨含量为10.8 vol%的条件下制备了5个样品。f)不同S/W复合材料的换热性能测试。加热板设置在150°C。g)复合材料相应的表面温度演化。
高导热复合材料a)三个方向(x, y, z)的导热系数(K)。b) GA-P复合材料与之前报道的聚合物复合材料导热各向异性的比较。c) GA-P复合材料与之前报道的具有不同导电骨架的聚合物复合材料的通平面K和导热增强效率(TCEE)的比较。d)基于泡沫理论的通平面导热系数拟合结果。e)小接触面和弱界面声子散射的石墨阵列模型示意图
GA-P复合材料优异的冷却性能。a) TIM绩效评价体系方案。b)加热800 s后的红外俯视图图像。c)加热表面温度随时间的变化。输入功率为50 W cm-2, TIMs的压缩应变为10%。d)加热器表面温度随输入功率增大而变化。e)模拟加热器温度作为有效导热系数的函数。f)不同TIMs下的接触热阻模拟。
论文信息
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202300077
通讯作者：浙江大学Senping Liu, Yingjun Liu, 高超
本文来自高分子能源，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
