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据ScienceDaily(《每日科学》)2012年4月9日报道,美国北卡州立大学(North Carolina State University)的Jag Kasichainula博士等人合作开发出一种使电气设备降温更有效的廉价方式,特别对于使用过程中会产生大量热的电子器件,如激光器和电力设备等特别有效。
该技术使用一种由铜-石墨烯复合材料构成的“散热器”,使用铟-石墨烯界面膜连接到电子设备上,无论是铜-石墨烯还是铟-石墨烯复合材料都具有较高的导热性,可以使设备产生的热量很快冷却。
事实上,Kasichainula等人发现的铜-石墨烯膜的导热性能,与当前大多数设备使用的纯铜的导热性相比较,铜-石墨烯复合材料的冷却速度比纯铜快大约25%。电子设备的散热对于维系设备的正常运转至关重要,因为当电子设备受热超过一定限度时,可能会使正常运行受到影响,甚至降低可靠性。Kasichainula等人的论文也勾画出了铜-石墨烯复合材料的生产过程,即以CuSO2溶液与石墨烯氧化物悬浮液为原材料,采用电化学沉积法来制备。铜-石墨烯复合材料成本低廉,易于生产,而纯铜价格昂贵,因此采用石墨烯来代替部分铜,不仅可以降低成本,更重要的是制成的散热器散热效果更佳。
这种复合材料的导热性与样品的厚度和电沉积铜的厚度的关系采用3ω法来确定。铜-石墨烯复合膜的厚度大于200 μm时,表现出导热性得到改进,在300 K条件下导热性超过电解铜,达到380~460 W/m·K。铜-石墨烯膜的导热性随着温度的升高而下降,250 K (–23 ℃)时,导热率为510 W/m·K,温度升高到350 K (77 ℃)时,导热率降到440 W/m·K。用有效介质近似(EMA)法来模拟这种铜-石墨烯复合材料样品的的导热性,并确定了铜和石墨烯之间界面热导率,其界面热导率值大于1.2 GW/m2。
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K. Jagannadham. Thermal Conductivity of Copper-Graphene Composite Films Synthesized by Electrochemical Deposition with Exfoliated Graphene Platelets. Metallurgical and Materials Transactions B, 2011; 43 (2): 316 DOI: 10.1007/s11663-011-9597-z
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