浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制出首個(gè)超強(qiáng)柔性導(dǎo)熱石墨烯膜材料 手機(jī)可成手鐲模樣
在新一期《先進(jìn)材料》《Advanced Materials》,材料科學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先學(xué)術(shù)雜志上,浙江大學(xué)高教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表了相關(guān)的論文,并在論文中介紹了其團(tuán)隊(duì)最新研發(fā)的世界首個(gè)兼具導(dǎo)熱與柔性的材料石墨烯膜材料。此種導(dǎo)熱材料導(dǎo)熱率最高達(dá)到2053W/m.K(瓦/每米每度)——可以媲美目前世界上導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的材料金剛石,創(chuàng)造了世界上宏觀材料導(dǎo)熱率的新紀(jì)錄,同時(shí)此材料還具有超柔性,可被反復(fù)折疊6000次,承受彎曲十萬(wàn)次,有望在新一代柔性電子器件、航空航天等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。
應(yīng)用過(guò)導(dǎo)熱材料的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該都遇到過(guò)以下的難題,就是大多數(shù)的電子器件,有“直男”的性格:導(dǎo)熱能力強(qiáng),但不夠柔韌。比如有些無(wú)機(jī)陶瓷晶體材料,導(dǎo)熱率非常高,但卻脆弱得很,一言不合就崩掉。
再比如金屬材料,雖然具有好的延展性,但其導(dǎo)熱率最高值也才約為429W/m.K。
直到英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Andre Geim和Konstantin Novoselov兩位教授發(fā)現(xiàn)了溫柔與高冷兼得的石墨烯,才解決了這個(gè)問(wèn)題,他們兩位因此獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)了石墨烯這種碳材料,能解決“兼顧導(dǎo)熱性與柔韌性”,提供了理論上的可能。
但遺憾的是,目前已報(bào)道的粉體型石墨烯,片小、缺陷多。用它們組裝而成的宏觀材料,導(dǎo)熱率和柔韌性都欠佳,還比不上已經(jīng)商業(yè)化的石墨膜。
石墨膜一般柔韌性較差,它一般只能應(yīng)用在手機(jī)背板上。它的散熱性基本能夠承受住手機(jī)高功率工作,頂多是在打游戲時(shí)候有點(diǎn)發(fā)燙;一般的石墨膜在柔韌性上,還能和塑料拼一拼——彎一彎沒(méi)問(wèn)題,但折疊幾次,就會(huì)斷掉。
不過(guò),作為一支潛力股,石墨烯當(dāng)然不會(huì)被輕易放棄,這從石墨烯概念股受到市場(chǎng)關(guān)注就可見(jiàn)一斑。
2013年,高超團(tuán)隊(duì)制備出世界上最輕固態(tài)材料碳海綿。報(bào)道問(wèn)世當(dāng)天,石墨烯相關(guān)的內(nèi)地股票全線飄紅。
而這一次,高超團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了“大片微褶皺”的新思路,制備出石墨烯膜——把大片石墨烯交錯(cuò)壘疊起來(lái),制作成宏觀石墨烯膜,可實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱率;然后給石墨烯膜加入微褶皺結(jié)構(gòu),使材料在拉伸彎折時(shí)有足夠的拉伸空間,就可確保高柔性。
昨天,在浙大的實(shí)驗(yàn)室里,記者第一次近距離看到了石墨烯膜,顏色跟海苔差不多,柔軟得像布料。
效果怎樣?高超團(tuán)隊(duì)買(mǎi)了一只目前市場(chǎng)上號(hào)稱背板散熱膜最先進(jìn)的手機(jī)。用手機(jī)背后的石墨膜,和他們制備的石墨烯膜進(jìn)行了比對(duì)測(cè)試:
先比導(dǎo)熱性。同樣是玩游戲《王者榮耀》,通過(guò)石墨膜散熱的那只手機(jī),測(cè)量到背板CPU處的溫度大概是39℃。而換成用上石墨烯膜的手機(jī),背板溫度33℃。
雖然只有6℃的差值,但一般來(lái)講,手機(jī)體溫提高8-10℃,“發(fā)高燒”的頻率越高,報(bào)廢期限就來(lái)得越快。而電子產(chǎn)品失效率,50%以上是由于高溫。
再比柔韌性。目前最牛的石墨膜材料,可以在同一個(gè)地方正反方向共折疊6次。而高超團(tuán)隊(duì)的石墨烯膜,可以耐受10萬(wàn)余次的彎曲,同時(shí)不影響其導(dǎo)熱導(dǎo)電性能。更神奇的是,在反復(fù)折疊6000次后,這張石墨烯膜仍沒(méi)有斷裂。
將來(lái),人類的事業(yè)仍然關(guān)乎腳踏實(shí)地的地球生活和仰望星空的探索事業(yè)。
可以想象一下,如果要手機(jī)像手鐲一樣隨意彎扣在手腕上,至少作為導(dǎo)熱用的石墨烯膜已經(jīng)攻克了這一難題。更高端的應(yīng)用,還可以體現(xiàn)在探索宇宙奧妙上,飛出外太空的航天器,還面臨節(jié)省材料、減少重量,面朝、背對(duì)太陽(yáng)產(chǎn)生巨大溫差等問(wèn)題,有一種可以屈伸又高導(dǎo)熱性的材料,可以一并解決這些問(wèn)題。
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