论文部分内容阅读
当今,人们对美好生活的追求越来越依赖体积小型化、功能多样化的电子产品。为了及时有效地移除元器件产生的过多热量,热管理中使用高导热率碳基薄膜材料是一个重要的解决方法。金刚石膜导热率高,但硬度和脆性大,加工难,且合成温度高,成本大;高导热率石墨膜的原材料贵,技术受制于国外,且生产过程中温度很高。目前,石墨烯是已知导热率最高的二维材料,它的宏观薄膜是热管理领域最具发展前景的导热材料。氧化还原法可实现石墨烯薄膜的低成本、大规模制备,但是薄膜导热率受热还原温度和石墨烯片材结构完整性的影响较大。已有的研究多关注于高温热还原和大分子含氮有机聚合物修复石墨烯缺陷,这造成了操作条件苛刻、成本高以及氮化物污染环境等问题。因此,为了克服这些弊端,本论文提出“温和工艺热还原”和“绿色的小分子无N等杂原子有机化合物修复石墨烯缺陷”来制备高导热率石墨烯薄膜材料的新思路。氧化石墨烯(GO)薄膜制备方面,采用“两步”改良Hummers法制备GO,通过真空抽滤法得到GO薄膜。结果表明:GO纳米片材为单层结构,具有丰富的含氧官能团,以-C-O基团为主;GO薄膜中碳氧原子比(C/O)为3.03,它的层间距为0.804nm;GO薄膜在400℃及以上温度热分解时能移除大部分的含氧官能团。温和热还原方面,系统研究了温度(400~800℃)对还原氧化石墨烯(RGO)薄膜导热性能的影响。随着温度的升高,RGO薄膜的金属光泽更加明显,含氧量更低,层间距更小。当600℃热还原时,RGO600薄膜整体形貌最佳,缺陷最少,sp~2杂化碳晶域尺寸最大(L_a=18.14nm),它的面内导热率达到最大值703W/(m·K)。缺陷修复方面,选择“葡萄糖”作为石墨烯缺陷修复剂,在温和工艺条件下增强石墨烯薄膜导热性能。采用可控制葡萄糖含量的蒸发溶剂法制备氧化石墨烯-葡萄糖(GO-glu)复合薄膜,通过600℃热处理得到改良石墨烯(m-Gr)薄膜。当GO和葡萄糖质量比为10:2时,得到的m-Gr10-2薄膜表面最平整,片层排列整齐,缺陷最少,sp~2杂化碳晶域尺寸最大(L_a=18.31nm),面内导热率达到最高,为1006W/(m·K)。