瑞典查尔默斯理工大学的研究人员开发了一种石墨烯组装膜，其导热率比石墨膜高出60%以上，尽管石墨是由多层石墨烯组成的。石墨烯薄膜作为一种高热导材料在新型应用上显示出巨大的潜力，比如用于形状因子驱动的电子器件和其他高功率驱动系统。
迄今为止，石墨烯研究界的科学家认为石墨烯组装膜不可能比石墨膜具有更高的热导率。单层石墨烯的热导率介于3500和5000 W/MK之间。如果将两个石墨烯层放在一起，那么理论上就变成石墨，因为石墨烯只是石墨的一层。
石墨烯薄膜的层间声子热传导比面间传播更快，因此具有很高的面内热导率（图片来源: Krantz Nanoart）
如今，在手机和其他功率器件中实用的用于散热和扩散的石墨膜具有高达1950 W/MK的热导率。因此，石墨烯组装膜不应该具有比石墨膜更高的热导率。最近，查尔默斯理工大学的科学家改变了这种状况。结果表明，石墨烯组装膜的热导率可达3200 W/MK，比最佳的石墨膜高60%以上。
石墨烯层间的高导热性是由它结构的大晶粒尺寸、高平坦度和弱层间结合能共同作用的结果。因此，Johan Liu教授和他的研究小组从此下手，通过精准控制石墨层的晶粒尺寸和堆积顺序来制备石墨烯膜。他们发现，石墨烯中的声子热传导通过运动和振动程度决定材料热性能，并且声子在石墨烯层内的迁移速率明显高于层间迁移。但现在他们解决了这个问题，让石墨烯层间组装起来依旧达到高热导率。“这确实是一个重大的科学突破，它对现有的石墨薄膜制造业的转型会产生巨大的影响。” Johan Liu说。
此外，研究人员发现石墨烯薄膜的机械拉伸强度比石墨膜高三倍，达到70 MPa。“由于石墨烯薄膜具有超高导热性和薄、柔性、坚固等结构优点，它作为一种新型的热膨胀材料，在形状因子驱动电子器件和其他高功率驱动系统的热处理方面显示出巨大的潜力。” Johan Liu说。由于无止境的小型化与集成化，现代电子设备和许多其它大功率系统的性能和可靠性受到了严重热耗散问题的极大威胁。“为了解决这个问题，热扩散材料在导热性、厚度、柔韧性和坚固性方面必须具有更好的性能，以匹配电力系统复杂、高度集成的性质。” Johan Liu说：“商业上可用的导热材料，如铜、铝和人造石墨膜，将不再适合和满足这些需求。”
这种高质量的石墨烯薄膜制造工艺的知识产权属于来自瑞典查默斯的公司SHT Smart High Tech AB，它专注于技术的商业化。
来源：材料科技在线
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