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Video Abstract:基于球磨剥离方法获得的超高导热性能的石墨烯薄膜

Video Abstract:基于球磨剥离方法获得的超高导热性能的石墨烯薄膜

智能手机和平板电脑等大功率移动设备在运行过程中会产生大量的热量,这些热量会损坏组件,进而降低设备性能并缩短使用寿命。因此,及时将这些热量散发出去是很重要的,那些重量轻,高导热性能的材料,比如石墨烯,可以满足这些需求。

从宏观的角度上来看,开发利用石墨烯的优异导热性能是一个挑战。还原氧化石墨烯薄膜具有高导热性,但其纯化过程会产生大量酸性废水,造成经济和环境负担。为了避免生产浪费,同时最大限度地提高石墨烯薄膜的质量和导热性,北京航空航天大学王建锋、 朱颖及团队已经研究开发了一个新的制备方法。


首先使用不同尺寸的氧化锆球在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中通过湿球研磨将石墨剥离。剥离的过程只需要耗时6个小时就可以生产出大量高浓度的石墨烯,这远比之前报道的剥离石墨烯的路线短。拉曼光谱和隧道电子显微镜表明,所得到的石墨烯分散液是高度稳定的,由无平面缺陷、少层的石墨烯组成。

然后将该精细剥离的石墨烯分散液过滤以获得低密度的黑色石墨烯或F-石墨烯。过滤步骤仅需1小时,NMP溶剂可再次用于随后的球磨剥离过程。尽管石墨烯溶液中的残留溶剂影响了石墨烯片之间的接触,降低了导热性,但后期的高温退火可以弥补这一缺点。在退火过程中,剩余的NMP会被完全去除并且石墨烯片之间的接触会增加,极大地增加了热导率和电导率。石墨烯在这个阶段被称为FA石墨烯。

在最后一步生产中,FA-石墨烯的机械压缩产生无平面缺陷的FAC-石墨烯,其具有2231 S•cm-1的超高电导率和1529 W•m−1•K−1的热导率,其性能远远超过之前报道过的路线生产的石墨烯薄膜,这种高产量的过程适用于实际应用中的大规模生产。

本工作发表在Advanced Functional Materials 上,原文链接为http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201700240/full, 或点击阅读原文进行阅读。



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