研发用于电子器件热管理的石墨烯石蜡复合材料

随着第五代信息通信技术的快速发展和元器件集成化程度的不断提高，电子器件

由于产生较大的热流，容易产生较高的工作温度。因此，使用有效和实用的热管

理材料或方法对于确保这些设备的性能和可靠性至关重要。相变材料(PCMs)

最近成为有效热管理的一种有前途的解决方案。这些材料可以在相变过程中吸收

大量的热量，并在需要时释放储存的能量。

在PCMs中，石蜡(PW)因其储能密度高、化学稳定性好、体积变化小等特点而

脱颖而出。然而，纯叫的主要缺点是其导热系数低(约0.21W/mK),这导致

对温度变化的响应时间增加。此外，由于相变过程中泄漏较大，PW的形状稳定

性较差，限制了其在电子器件中的直接应用。石墨烯因其巨大的比表面积、优异

的导热性和令人印象深刻的机械性能而受到广泛关注。不同类型的石墨烯已被广

泛研究作为PW中的增强填料，以保持其形状稳定性并增强快速传热。通常，可

以使用各种合成方法生成粉末状石墨烯，并将其混合到熔融PW中。然而，将数

倍于石墨烯粉末重量的石蜡与石墨烯混合由于石墨烯对有机物质的出色吸收能

力会导致石墨烯堆积成团。此外，多孔石墨烯基质由于其固有的稳定结构和高化

学相容性，被设计为叫支架支撑材料。这些发现表明，将具有高导热系数的多

孔框架与纯PW相结合是解决形状完整性不稳定和导热性差的挑战的良好解决方

案。然而，目前构建三维多孔框架的方法普遍复杂，成本高，几乎无法满足电子

产品更薄、更轻的实际需求。

为此，昆明理工大学团队提出了一种可控、简便、低成本的工业规模制造GMNFs

的方法。他们通过常见的发泡和热处理技术制备了纯石墨烯微纳米孔膜(GMNFs),

这些GMNFs可以同时为纯PW提供高导热性和稳定的支撑框架，从而创建基于

石墨烯的PCM(GPCMs)o

当纯石墨烯骨架比例为20.6wt/时，制备的GPCM的导热系数为208.08W/nK,

潜热为156.97J/区。此外，即使在高达147.4℃的温度下，GPCM也表现出优异

的稳定性和最小的质量损失，超过了电子设备的正常工作条件。通过修改GMNFs,

可以轻松调整GPCMs的性能，以满足不同的热管理要求。

(a)

GOF

Forming

GPC'M

JGOF:p^bovoKx^-

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图1⑶GPCM合成过程示意图；（b）GOF、（c）GMNF和（d）GPCM的SEM图像

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图2⑶GOF、PW、GMNF和GPCM的拉曼光谱;(b)GOF、(c)GMNF和(d)GPCM的Cis的

XPS谱图

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图3(a)PW和GPCM的DSC曲线;(b)PW、GMNF和GPCM的比热容曲线;(c)PW、GMNF和

GPCM的TG曲线；(d)GPCM在100次循环测试前后的DSC曲线

Time($)

(加

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IU

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Time(s)

图4(a)GPCM和PPCM附着在热板上的模拟实验装置示意图；(b)(a)中热板的相应温度变化:

(c)GPCM和PPCM作为TIM时的模拟实验设置小意图；(d)(c)中热板的相应温度变化

30406080100

Temperaur・(℃)

图5(a)GMNF-l、(b)GMNF-2、(c)GPCM-1和(d)GPCM-2的SEM图像；(e)GPCM-1(f)