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北京大學Shulin Bai課題組--高導熱3D打印石墨烯填充的聚合物復合材料用于可擴展的熱管理領域
       高效熱傳輸對于熱管理領域非常有利。3D打印和二維(2D)材料的結合,比如石墨烯,BN等可能實現分級排列結構編程。在這項工作中,形成了不對稱排列結構,即石墨烯填充的熱塑性聚氨酯(TPU)復合材料,該過程是通過3D打印實現的。在石墨烯含量為45 wt%時,所打印的垂直結構展示了貫穿平面的熱導率(TC),高達12 W m-1 K-1,該性質約為水平打印結構的8倍,并超過許多傳統粒子增強聚合物復合材料。如此優異的TC主要歸功于各向異性的結構設計,即石墨烯的最佳取向度和多尺度致密結構。有限元方法(FEM)證實了各向異性TC設計對高導熱復合材料的本質影響。
 
 
Figure 1. (a)石墨烯/TPU細絲的合成示意圖。(b)石墨烯/TPU復合材料的典型FDM印刷工藝,包含擠壓(i)和沉積(ii)工藝。
 
  
Figure 2.(a)從0.4 mm噴嘴擠出的微絲示意圖,(b)從0.4 mm噴嘴擠出的40 wt%石墨烯/TPU微絲的橫截面形態,和(c-e)放大圖像,顯示大多數石墨烯片從表面突出。(f)石墨烯/TPU復合材料的復數粘度與頻率的關系。(g)石墨烯/TPU復合材料的儲能模量。
 
  Figure 3.(a)TP和(b)IP樣品在不同石墨烯含量時的二維WAXS模式。(c)比較了不同樣品的一維XRD模式。(d)相應的方位角積分強度分布圖。(e)赫爾曼斯定向參數f與石墨烯含量的函數關系。(f)從z方向入射的X射線示意圖。(g-i)所打印的細絲的SEM圖像。
 
  Figure 4. TP1和TP2樣品的(a)全平面熱導率和(b)熱擴散率。(c)TP1和TP2樣品的熱量傳導路徑示意圖。(d)計算的孔隙率。15%TP1樣品的(e)左側和(f)右側SEM圖像。(g)面板f中放大的石墨烯的有序堆積結構。
  
       該研究工作由北京大學Shulin Bai課題組于2021年發表在ACS Nano期刊上。原文:Highly Thermally Conductive 3D Printed Graphene Filled Polymer Composites for Scalable Thermal Management Applications。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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