80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

  當(dāng)前，電子設(shè)備不斷向微型化、集成化方向發(fā)展，使得電子器件的熱流密度不斷增加，由此產(chǎn)生的巨大熱量會對設(shè)備的性能造成損害。高效散熱已成為電子設(shè)備發(fā)展過程中迫切需要解決的關(guān)鍵問題。石墨烯膜秉承了二維石墨烯片基元的優(yōu)異導(dǎo)熱性，是電子器件熱管理領(lǐng)域的一種新興材料。相比于幾十微米厚的高導(dǎo)熱石墨烯薄膜，數(shù)百微米的高質(zhì)量石墨烯厚膜憑借其卓越的高熱通量特性，更有望成為應(yīng)對當(dāng)前高熱流密度散熱問題的理想材料。然而，由傳統(tǒng)方法制備的石墨烯厚膜因片層排列紊亂和界面粘附性差，通常導(dǎo)熱系數(shù)較低且在極端條件下易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞。

  浙江大學(xué)高超教授團(tuán)隊(duì)提出了一種無縫鍵合組裝策略，采用輕質(zhì)高導(dǎo)熱的石墨烯薄膜和三元金屬納米層作為組裝單元，通過界面組成和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，獲得了極端條件下雙向高導(dǎo)熱且結(jié)構(gòu)超穩(wěn)定的石墨烯基厚膜，為開發(fā)下一代極端環(huán)境熱管理材料提供了新的思路。該工作以“Bidirectionally High-Thermally Conductive and Environmentally Adaptive Graphene Thick Films Enabled by Seamless Bonding Assembly for Extreme Thermal Management”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2024, 2400110.)。論文第一作者為浙江大學(xué)高分子系高科所碩士生郝媛媛和博士生明鑫。劉英軍研究員、許震長聘副教授、高超教授為共同通訊。

工作亮點(diǎn)

  通過可靠的無縫鍵合組裝策略，有效改善了石墨烯厚膜的界面結(jié)構(gòu)，獲得了結(jié)構(gòu)超穩(wěn)定且雙向高導(dǎo)熱的石墨烯厚膜。當(dāng)厚度為250 μm時，其面內(nèi)和面外熱導(dǎo)率分別高達(dá)925.75 W/(mK)和7.03 W/(mK)。此外，在77 K至573 K的數(shù)百次高/低溫沖擊后，該石墨烯厚膜的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱性能也表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性，確保了其在極端熱管理應(yīng)用中的環(huán)境適應(yīng)性。

石墨烯基厚膜的無縫鍵合組裝策略

  相比于傳統(tǒng)聚合物膠粘接制備的石墨烯基厚膜（GTF-TAA），該工作采用無縫鍵合組裝策略（SBA），通過設(shè)計(jì)金屬納米層的成分和石墨烯/金屬界面的微觀結(jié)構(gòu)，有效消除了GTF的內(nèi)部孔隙，構(gòu)建了無縫牢固的界面，實(shí)現(xiàn)了GTF的雙向高導(dǎo)熱性和在極端條件下的結(jié)構(gòu)超穩(wěn)定性（圖1a-d）。此外，由于SBA策略的高效和可擴(kuò)展性，GTF-SBA的厚度、尺寸和形狀可容易調(diào)控，為不規(guī)則熱管理組件的要求提供了新的技術(shù)解決方案（圖1e-g）。

圖1 （a）GTF-TAA和GTF-SBA的制備工藝示意圖。（b）具有不同界面孔隙結(jié)構(gòu)的GTF-TAA和GTF-SBA的界面示意圖。（c）GTF-TAA和GTF-SBA的界面SEM圖像。（d）GTF-TAA和GTF-SBA的界面孔隙率。（e）大尺寸GTF-SBA塊材的光學(xué)圖像。（f）形狀和厚度可控的GTF-SBA的光學(xué)圖像。（g）GTF-SBA和GTF-TAA的界面密實(shí)度和整體導(dǎo)熱性能。GTF的厚度約為100微米。

無縫石墨烯/金屬界面的設(shè)計(jì)與表征

  為了實(shí)現(xiàn)GTF-SBA內(nèi)部牢固的界面結(jié)合，考慮到Cu在石墨烯膜表面的浸潤性差且熔點(diǎn)較高，該工作對金屬納米層進(jìn)行了三元模塊化設(shè)計(jì)，首先注入微量Ti原子到石墨烯膜表面，形成TiC過渡層，從而提高界面結(jié)合強(qiáng)度；接著沉積Cu導(dǎo)熱層以保障材料優(yōu)異的熱性能；最后質(zhì)軟且熔點(diǎn)低的Ag作為粘接層來實(shí)現(xiàn)多張金屬化石墨烯膜的良好融合。在GTF-SBA中，Ag、Cu、Ti、C、O元素在縱向上依次存在，呈現(xiàn)緊密堆疊的層狀無縫結(jié)構(gòu)（圖2a-b）。此外，通過搭接剪切測試和剝離測試進(jìn)一步證明了Ti原子輔助鍵合的界面增強(qiáng)作用（圖2c-f）。同時，理論計(jì)算也表明Ti摻雜可以使石墨烯/金屬界面發(fā)生更強(qiáng)烈的電荷轉(zhuǎn)移，從而提高界面粘附功（圖2g-h）。這種可靠的界面結(jié)合為在極端環(huán)境下應(yīng)用高導(dǎo)熱GTF奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

圖2 （a）GF和MGF的表面粗糙度。（b）GTF-SBA的斷面SEM圖像及相應(yīng)的C、O、Ag、Cu、Ti元素映射圖。（c）搭接剪切測試的示意圖。（d）不含Ti和含Ti的MGF的剪切應(yīng)力-應(yīng)變曲線及拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。插圖是剪切破壞后MGF的光學(xué)圖像。（e）MGF的剝離測試示意圖。（f）用3M透明膠帶剝離后的MGF的光學(xué)圖像和SEM圖像。（g）石墨烯/石墨烯、石墨烯/Cu和石墨烯/TiCu界面的差分電荷密度分布的DFT計(jì)算。（h）三種界面結(jié)構(gòu)的黏附功。黃色電子云表示電荷的積累，藍(lán)色表示消耗。

寬溫區(qū)內(nèi)GTF的雙向?qū)?/span>性能

  得益于可靠的無縫鍵合界面，GTF-SBA在室溫下具有優(yōu)異的雙向?qū)嵝阅堋?/span>當(dāng)厚度為250 μm時，其面內(nèi)和面外熱導(dǎo)率高達(dá)925.75 W/(mK)和7.03 W/(mK)，分別約為GTF-TAA的2倍和12.5倍（圖3a-c）。此外，在77 K至573 K的數(shù)百次高/低溫沖擊后，GTF-TAA的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞且導(dǎo)熱性能大幅衰減，但GTF-SBA的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱性能仍表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性，確保了其在極端熱管理應(yīng)用中的環(huán)境適應(yīng)性（圖3d-i）。

圖3 組裝層數(shù)不同的GTF-TAA和GTF-SBA的（a）面內(nèi)熱導(dǎo)率，（b）面外熱導(dǎo)率，（c）熱通量。（d）GTF-TAA和GTF-SBA在液氮沖擊（77 K）不同次數(shù)后面內(nèi)熱導(dǎo)率的變化。（e）200次液氮沖擊前后GTF-TAA和GTF-SBA的截面形貌。（f）Cu、熱解石墨和GTF-SBA（50層）在低溫區(qū)的面內(nèi)熱導(dǎo)率。（g）GTF-TAA和GTF-SBA的熱重曲線，插圖顯示了不同溫度下的表面形貌。（h）200次熱沖擊后GTF-TAA和GTF-SBA的截面形貌。（i）不同熱沖擊次數(shù)后GTF-TAA和GTF-SBA的面內(nèi)熱導(dǎo)率變化。

無縫鍵合界面的原子結(jié)構(gòu)及其對導(dǎo)熱性能的影響

  TEM圖像進(jìn)一步證明了石墨烯/金屬界面的無縫鍵合結(jié)構(gòu)（圖3a-h）。由于原子相互擴(kuò)散以及熱膨脹系數(shù)不匹配，石墨烯/金屬界面處存在一定的局部晶格應(yīng)變（圖3i-k）。但相比于聚合物鏈的弱取向和隨機(jī)糾纏所導(dǎo)致的嚴(yán)重聲子散射，石墨烯/金屬界面的機(jī)械聯(lián)鎖效應(yīng)和TiC過渡層的有效共價結(jié)合，提供了更多的熱傳導(dǎo)路徑，從而改善了厚膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和雙向?qū)嵝浴?/span>

圖4 （a）GTF-SBA原子無縫連接界面示意圖。（b-c）GTF-SBA中金屬（Ag/Cu）界面和三元金屬/石墨烯（Cu/Ti/石墨烯）界面的TEM圖像。（d）GTF-SBA中三元金屬層的厚度。（e）GTF-SBA中無縫鍵合界面的元素分布。（f-h）GTF-SBA中金屬（Ag/Cu）界面和三元金屬/石墨烯（Cu/Ti/石墨烯）界面的AC-STEM圖像以及GF的高結(jié)晶結(jié)構(gòu)，插圖是相應(yīng)的選區(qū)電子衍射圖樣。白色虛線圈出了無縫鍵合界面。（i）磁控濺射過程中高能粒子破壞基材表層結(jié)構(gòu)的說明。（j-k）通過幾何相位分析得到圖4f-g的白框中金屬（Ag/Cu）界面和三元金屬/石墨烯（Cu/Ti/石墨烯）界面的局部晶格應(yīng)變分布。

GTF-SBA的傳熱能力展示及導(dǎo)熱性能比較

  與其他高導(dǎo)熱材料相比，GTF-SBA熱通量高，傳熱能力優(yōu)異，此外，其面內(nèi)熱導(dǎo)率隨厚度的衰減緩慢，且具有較高的面外導(dǎo)熱系數(shù)，是一種輕質(zhì)且雙向高導(dǎo)熱的材料，有望實(shí)現(xiàn)電子器件的高效散熱，并為高性能石墨烯基材料在極端熱管理領(lǐng)域指明了未來發(fā)展方向（圖5a-g）。

圖5 約1000微米厚的GTF-TAA和GTF-SBA在熱源加熱和散熱時的（a）紅外圖像，（b）溫度分布曲線，和（c）熱輸運(yùn)模型。（d-e）GTF-SBA、GTF-TAA和報(bào)道的GTF的面內(nèi)和面外導(dǎo)熱系數(shù)的比較。（f）GTF與其他各向異性導(dǎo)熱材料的面外熱導(dǎo)率（x軸）、各向異性系數(shù)（y軸）、面內(nèi)熱導(dǎo)率（對角虛線）的比較。（g）GTF-SBA、GTF-TAA、聚合物、金屬和陶瓷基熱管理材料的比熱導(dǎo)率的比較。

  該工作基于團(tuán)隊(duì)在石墨烯領(lǐng)域長期積累的研究基礎(chǔ)（Appl. Phys. Rev. 2023, 10, 011311；Chinese J. Polym. Sci. 2021, 39, 267；Acc. Mater. Res. 2020, 1, 175；Chem. Rev. 2015, 115, 15, 7046；Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1267），相關(guān)工作包括：高導(dǎo)熱石墨烯薄膜（Adv. Mater. 2017, 29, 1700589）、石墨烯導(dǎo)熱膜的快速連續(xù)化制備（Carbon 2019, 155, 462）、基于自融合效應(yīng)的高熱通量石墨烯厚膜（Carbon 2020, 167, 249；Carbon 2021, 180, 197）、高導(dǎo)熱石墨烯納米膜（Adv. Mater. 2021, 33, 2104195；Nano-Micro Lett. 2023, 15, 61）和面向極端熱管理的高導(dǎo)熱石墨質(zhì)膜（Nano-Micro Lett. 2024, 16, 58）等等。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、山西浙大新材料與化工研究院、中央高�；究蒲袑ｍ�(xiàng)基金等相關(guān)經(jīng)費(fèi)和機(jī)構(gòu)的資助與支持。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202400110