成果简介
石墨薄膜因其导热系数高、热膨胀系数低、重量轻等特点，作为散热材料广泛应用于微电子器件中。在5G时代，微电子器件的小型化和集成化正在不断提高，因此对散热材料提出了更高的要求。因此，迫切需要具有高导热性的柔性石墨薄膜。本文，中山大学刘四委、张艺教授等在《J. Mater. Chem. C》期刊发表名为“Flexible graphite films with high cross-plane thermal conductivity prepared by graphitization of polyimide catalyzed by Ni-coated-CNTs”的论文，研究首先制备了镍涂层碳纳米管（Ni@CNTs）作为添加剂通过原位聚合掺入PI基体中，然后将Ni@CNTs/PI复合薄膜在高温下碳化和石墨化形成石墨膜。
在该复合体系中，镍颗粒可以有效提高所得石墨薄膜的石墨化程度，有利于其导热系数的提高，同时碳纳米管可以有效增强石墨薄膜的跨平面导热系数和机械强度。由PI/Ni@CNTs（0.4wt%）石墨化得到的石墨薄膜具有完美的石墨烯结构和最佳性能。石墨烯的最佳层厚为0.3354nm，而石墨层的d间距约为0.3358 nm。面内热导率是纯PI膜（G0膜）制成的石墨膜的1.13倍，其数值为1198.5 W m-1 K-1。交叉面热导率为6.26 W m-1 K-1，是G0薄膜的2.96倍（2.11 W m-1 K-1）。弯曲强度为72.3Mpa，是G0薄膜（31.7Mpa）的2.28倍。Ni@CNTs的引入大大提高了石墨薄膜的综合性能，其制备技术对制备高导热柔性石墨薄膜具有重要的指导意义和重要的工业应用价值。
图文导读
图1、Ni@CNTs/聚酰亚胺基复合石墨薄膜的制备工艺路线.
图2、（a）碳纳米管和（b）Ni@CNTs的透射电镜图像。
图3、a） P0.4胶片的照片;（b和c） G0.4胶片的照片。
图4、1300°C下碳化膜的（a）交叉和（b）表面截面的拉曼光谱。
图5、 具有不同Ni@CNTs含量的石墨薄膜横截面的SEM照片
图6、a） 石墨膜的导热性和（b） 导电性。
图7、G0和G0.4薄膜的弯曲测量采用三点弯曲法进行，模型为5个周期
图8、 铜膜、I膜和G0.4膜的实际应用
小结
综上所述，通过在碳纳米管上涂覆镍来制备镍涂层碳纳米管（Ni@CNTs）。随后，通过原位聚合将Ni@CNTs混合到PI基质中。将得到的Ni@CNTs/PI复合薄膜在高温下碳化和石墨化形成石墨薄膜。引入的镍颗粒可以有效提高石墨膜的石墨化程度，有利于其导热系数的提高。此外，碳纳米管有效增强了石墨膜的跨平面导热性和弯曲强度。PI薄膜中引入的Ni@CNTs可以大大提高最终石墨薄膜的综合性能，并且该制备技术为合成柔性，高导热石墨片的工业应用提供了重要的指导和巨大潜力，包括材料科学，热管理，微电子器件，柔性便携式器件，航空航天， 等等。
文献：https://doi.org/10.1039/D3TC01446K
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
