有网友咨询:

石墨烯导热很强,把它以某种方式加入添加 到某些导热不良的物质中,可以很大增强该类物质的导热么?非常感谢大家的回答,可能是我问题问的太模糊了。我是想知道如何才能把石墨烯加入到比如PE或者改性PE中,提高该类材料的导热率。

回答如下:

题主的提问,我认为是个好问题!只不过能力有限,还没有想到过题主说的PE或者改性PE材料做实验。我们目前能做到的实验还仅限于传统导热材料如:如Ag、Cu 和Al 等、金属氧化物以及其他非金属材料(如石墨、炭黑、AlN 等)。

大多数金属材料的抗腐蚀性能差, 需要采用合金和防腐涂层等技术提高金属的抗腐蚀性能。虽然这样可以提高金属的抗腐蚀性能,但是也带来极大的副作用,就是大大降低材料的导热性能,因而限制了其在化工等各领域的应用。另外,这些材料价格偏贵,不利于大规模的市场应用,遂在实验后逐次放弃。

有鉴于此,我们实验对象落在目前最主流的铝合金散热材料上。铝的导热系数并不是很高 (237W/mK),金和银的导热性能较高,但是价格太高,铜的导热系数次之 (398W/mK)。这几个当中,铝的导热性能和价格是最低的,是比较理想的选择。比较接近题主说的导热不良的物质(仅限于作为比较的金、银、铜、铝这四种物质),因此,我们花费了不少精力和物力提升铝合金制品的导热性能,经过不懈的努力,最终制作出较为理想的石墨烯铝制品的散热片。

最终的实验结果是:通过模拟测试数据对比,在同一测试条件下,石墨烯复合材料散热器比铝合金材料降温多3-5度左右。

石墨烯碳铝复合散热片(铝合金散热片里面加入石墨烯导热性能变化多大)(1)

石墨烯铝散热片和铝合金散热片散热效果对比

这个结果是相当令人满意的。因为石墨烯铝制品的量化生产后的成本是低于铝合金制品,且能取得更高的散热性能。同时具备重量更轻,易于制造,便于构型,具备抗EMI能力,可调整材料阻值,也更环保等优良特性。其中,最满意的是较好地解决石墨材料在垂直导热系数上的固有缺陷。

石墨烯碳铝复合散热片(铝合金散热片里面加入石墨烯导热性能变化多大)(2)

石墨烯碳铝复合散热片(铝合金散热片里面加入石墨烯导热性能变化多大)(3)

在解决石墨烯 石墨片 铝的工业化生产后,我们进行了初期制样。第一批样品制作好以后,我们很高兴地认为可以量化生产以降低生产成本,结果很快迎来问题,我们低估了石墨烯和铝合金粉末的混合难度,混合均匀性出现纰漏。样品虽然达到承受1.5M高抛强度测试,但是样品可以用手较为轻易地掰开。这样的产品肯定是不能用于市场流通。

石墨烯碳铝复合散热片(铝合金散热片里面加入石墨烯导热性能变化多大)(4)

石墨烯碳铝复合散热片(铝合金散热片里面加入石墨烯导热性能变化多大)(5)

这个就是被我掰坏的样品

在经过多轮测试改进后,工艺得到提升,后续的样品顺利通过强度测试。说得直观一点,第一批样片,我们拿给客户展示的时候,内心都是忐忑的,生怕客户用手用力揉搓,出现掉渣断裂的情况。改进后,可以用力地往地上摔了,再也不用担心“缺钙”。

石墨烯碳铝复合散热片(铝合金散热片里面加入石墨烯导热性能变化多大)(6)

这是改进后的石墨烯样片,可以根据需要定制造型的

目前,已经有汽车行业的客户打样,主要是用于显示屏的散热模块。有安防公司接洽,给摄像头散热模块打样,也已进入到样品测试阶段,等通过测试就可以批量生产。当然,这个产品不仅仅是这些行业可以采用,像是5G基站散热模块、服务器散热模块、智能家居如扫地机器人、电瓶车行业的充电器散热模块、路由器散热模块等,都有广阔的应用前景。

当然,目前能想到的应用场景就这么多,后续要是有别的客户洽谈,估计还能碰撞出新的思想火花,渗透到更多的生活场景中。整日埋头在实验室搞研究和改进,和生活比较脱节!这一点不太好,整天想着出去走走见见世面,但就像《海上钢琴师》里面的1900一样,最终没有迈出那一步,走出Virginian号豪华邮轮。希望这个项目稳定后,我可以走出实验厂房,到处骑行,用相机拍下各处不同的风情。

现在什么石墨烯电池,什么石墨烯保暖衣,什么石墨烯内裤,什么石墨烯取暖器都不断涌出了,看来这个行业前景有点向好!希望同行们多交流交流,把产业做大做强!共同进步。有批评指正,还望不吝指教。

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