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华南理工大学《ACS AMI》:低能耗快速还原制备高导热石墨烯薄膜
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-10-23  点击数:536

  1成果简介
  在智能电子设备领域,石墨烯薄膜因其柔韧性和高导热性而发挥着举足轻重的作用。在制造高导热石墨烯薄膜领域,焦耳加热技术因其能够快速升温并缩短石墨化时间而备受关注。然而,使用这种方法还原氧化石墨烯薄膜时会产生大量气体,导致立即燃烧和薄膜断裂,从而限制了石墨烯薄膜的快速、不间断生产。为了应对这一挑战,本文, 华南理工大学李静教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Preparation of High Thermal Conductivity Graphene Films by Rapid Reduction with Low Energy Consumption”的论文,研究引入了一种快速还原制备工艺。该工艺首先采用还原剂对氧化石墨烯薄膜进行两步还原,以事先在石墨烯薄膜内建立气体逸出通道。随后,使用石墨板对薄膜进行加压和焦耳加热,整个加热过程仅持续 800 秒。这种方法提高了高导热石墨烯薄膜的生产效率,有望进一步降低生产成本。
  2图文导读 



微信截图_20241023093940.png



  图1.制备过程示意图。


微信截图_20241023094001.png



  图2.(a) GO 截面的 SEM 图像。(b) rGO-1 截面的 SEM 图像。(c)–(e) rGO-2 横截面的 SEM 图像。(f) GF 辊压前横截面的 SEM 图像。(g) GF 辊压后横截面的 SEM 图像。(h) GF 辊压后表面的 SEM 图像。(i) GF 图。


微信截图_20241023094012.png


  图3. (a) Raman spectra of GO, rGO-1, rGO-2, GF-2200, and GF-2500. (b) XRD spectra of GO, rGO-1, rGO-2, GF-2200, and GF-2500. (c) XPS measurement spectra of GO, rGO-1, rGO-2, GF-2200, and GF-2500. (d) GO, C 1s deconvolution spectra of rGO-1, rGO-2, GF-2200, GF-2500. (e) Raman mapping of D band, G band, and ID/IG of the GF-2500.


微信截图_20241023094024.png



  图4. (a) 测试装置示意图。(b) rGO、Gf-2500 薄膜的红外热图像。(c) 测试装置示意图。(d) LED 散热图。(e) LED 表面在 GF-2500 散热和无 GF 散热情况下的红外热图像温度变化。
  3小结
  在这项研究中,我们采用了两步还原法来处理 GO,这大大增加了薄膜的层间距离,并为随后的焦耳热快速高温还原提供了必要的气体逃逸通道。这种设计避免了在快速还原阶段突然涌出的大量气体对薄膜内部结构造成的破坏。在还原过程中,我们利用双层石墨板直接加热薄膜,通过控制功率输出,实现了前半段缓慢升温,后半段快速升温至 2500 ℃的加热策略。经测试,石墨烯薄膜的厚度为 20 μm,密度为 2.01 g/cm3,导热性能出色,面内导热系数为 1012 W/(m-K)。本研究提出的焦耳热快速还原法不仅提高了 GO 的还原效率,还有效避免了还原过程中的能量浪费。这种方法降低了高导热性还原氧化石墨烯薄膜的生产成本,同时也为高导热性石墨烯薄膜在消费电子应用市场的拓展提供了新的可能性。
  文献:


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