中科院煤化所陳成猛團隊Carbon：雙功能3D多壁碳納米管/石墨烯/硅橡膠彈性體：熱管理和電磁屏蔽

youyoucao 2年前 (2021-07-14) 2605瀏覽

1. 引言

電子器件的小型化和功率密度的提升，使得熱能的快速累積，導致電子設備的安全性差和使用壽命縮短。同時，電子設備產生的電磁波輻射嚴重影響人體健康及設備運行。為了解決這些問題，迫切需要開發具有出色熱管理和電磁干擾 (EMI) 屏蔽的集成雙功能輕質材料。然而，如何同時實現高熱導率和高電磁屏蔽效能依舊是挑戰。

2. 成果簡介

近日，中國科學院山西煤炭化學研究所姜東研究員與陳成猛研究員（共同通訊作者）等人報道了通過KOH誘導水熱法和高溫石墨化后構建 3D 各向異性石墨烯/多壁碳納米管氣凝膠，同時實現了高導熱性和電磁屏蔽效能。rGO/MWCNTs 氣凝膠的石墨化能夠去除含氧官能團并修復晶格缺陷，從而保持骨架的高導熱性和導電性。 此外，分析了氧化石墨烯（GO）與多壁碳納米管的比例變化對電磁干擾屏蔽性能和導熱特性的影響。石墨烯/多壁碳納米管的比例為 1:3，獲得了最佳的熱導率和屏蔽效能。

成果以題為“Dual-functional 3D multi-wall carbon nanotubes/graphene/Silicone Rubber Elastomer: Thermal Management and Electromagnetic interference shielding” 在Carbon期刊發表，文章第一作者為中國科學院山西煤炭化學研究所研究生劉冬。

3. 圖文導讀

圖1。(a) rGOCA 和 GCA 氣凝膠及其復合材料的制備示意圖。

(b)不同質量比的 GO 和 MWCNTs 的 GCA 的光學圖像。

(c)具有超輕重量 (ρ= 0.0322 g cm -3 ) 的GCA3立在蒲公英上。

圖2 (a) GO 片的 AFM 圖像。(b-d) GCA1 在不同放大倍數下的 SEM 圖像（俯視圖）。

（e-g） GCA1、GCA3 和 GCA5 在相同放大倍數下的 SEM 圖像。(h)面內和i)面外方向的 GCA1/SR 復合材料的 SEM 圖像。

圖3 (a) rGOCA3、GA、GCA1 至 GCA5 的XRD 光譜和?(b) 拉曼光譜。(c) GA 和 GCA1 至 GCA5的拉曼G'峰的洛倫茲擬合。

圖4 SR、GA/SR 和 GCA3/SR 在（a）加熱和（b）冷卻過程（10 秒、30 秒和 120 秒）期間的紅外熱成像圖像（c）復合材料的面內和面內熱導率。

圖5 (a)所有樣品的電導率。所有樣品在K波段的（b）SET，（c）SER，和（d） SEA?比較

圖6 (a-c) GCA3/SR 壓縮過程的數字圖像，壓縮率為 1mm s -1。(d)應變為 0.5 時所有彈性體的壓縮應力-應變曲線和彈性模量。(e) GCA3/SR 的循環應力-應變曲線。

4. 小結

綜上所述，通過KOH誘導水熱反應和石墨化工藝制備了具有高取向結構的輕質3D石墨烯/多壁碳納米管氣凝膠。探討了多壁碳納米管含量對氣凝膠結構的影響，其中隨著多壁碳納米管含量的增加，La含量降低，渦輪堆疊增強。基于La和渦輪堆疊之間的平衡，當GO與MWCNTs的比例為1:3時，復合材料的最佳導熱系數為1.3 W m-1?K-1，電導率為7.65 S m-1。同時，多壁碳納米管的摻入促進了屏蔽材料的歐姆損耗和極化損耗。特別是對于GCA3/SR，EMI SE在K波段達到42 dB。此外，GCA/SR復合材料仍然具有良好的柔性。這一結果為柔性電子設備的多功能應用鋪平了道路。

5. 文獻鏈接

Dual-functional 3D multi-wall carbon nanotubes/graphene/Silicone Rubber Elastomer: Thermal Management and Electromagnetic interference shielding

10.1016/j.carbon.2021.07.013

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