中科院煤化所陈成猛团队Carbon：双功能3D多壁碳纳米管/石墨烯/硅橡胶弹性体：热管理和电磁屏蔽

youyoucao 3年前 (2021-07-14) 2922浏览

1. 引言

电子器件的小型化和功率密度的提升，使得热能的快速累积，导致电子设备的安全性差和使用寿命缩短。同时，电子设备产生的电磁波辐射严重影响人体健康及设备运行。为了解决这些问题，迫切需要开发具有出色热管理和电磁干扰 (EMI) 屏蔽的集成双功能轻质材料。然而，如何同时实现高热导率和高电磁屏蔽效能依旧是挑战。

2. 成果简介

近日，中国科学院山西煤炭化学研究所姜东研究员与陈成猛研究员（共同通讯作者）等人报道了通过KOH诱导水热法和高温石墨化后构建 3D 各向异性石墨烯/多壁碳纳米管气凝胶，同时实现了高导热性和电磁屏蔽效能。rGO/MWCNTs 气凝胶的石墨化能够去除含氧官能团并修复晶格缺陷，从而保持骨架的高导热性和导电性。 此外，分析了氧化石墨烯（GO）与多壁碳纳米管的比例变化对电磁干扰屏蔽性能和导热特性的影响。石墨烯/多壁碳纳米管的比例为 1:3，获得了最佳的热导率和屏蔽效能。

成果以题为“Dual-functional 3D multi-wall carbon nanotubes/graphene/Silicone Rubber Elastomer: Thermal Management and Electromagnetic interference shielding” 在Carbon期刊发表，文章第一作者为中国科学院山西煤炭化学研究所研究生刘冬。

3. 图文导读

图1。(a) rGOCA 和 GCA 气凝胶及其复合材料的制备示意图。

(b)不同质量比的 GO 和 MWCNTs 的 GCA 的光学图像。

(c)具有超轻重量 (ρ= 0.0322 g cm -3 ) 的GCA3立在蒲公英上。

图2 (a) GO 片的 AFM 图像。(b-d) GCA1 在不同放大倍数下的 SEM 图像（俯视图）。

（e-g） GCA1、GCA3 和 GCA5 在相同放大倍数下的 SEM 图像。(h)面内和i)面外方向的 GCA1/SR 复合材料的 SEM 图像。

图3 (a) rGOCA3、GA、GCA1 至 GCA5 的XRD 光谱和 (b) 拉曼光谱。(c) GA 和 GCA1 至 GCA5的拉曼G'峰的洛伦兹拟合。

图4 SR、GA/SR 和 GCA3/SR 在（a）加热和（b）冷却过程（10 秒、30 秒和 120 秒）期间的红外热成像图像（c）复合材料的面内和面内热导率。

图5 (a)所有样品的电导率。所有样品在K波段的（b）SET，（c）SER，和（d） SEA 比较

图6 (a-c) GCA3/SR 压缩过程的数字图像，压缩率为 1mm s -1。(d)应变为 0.5 时所有弹性体的压缩应力-应变曲线和弹性模量。(e) GCA3/SR 的循环应力-应变曲线。

4. 小结

综上所述，通过KOH诱导水热反应和石墨化工艺制备了具有高取向结构的轻质3D石墨烯/多壁碳纳米管气凝胶。探讨了多壁碳纳米管含量对气凝胶结构的影响，其中随着多壁碳纳米管含量的增加，La含量降低，涡轮堆叠增强。基于La和涡轮堆叠之间的平衡，当GO与MWCNTs的比例为1:3时，复合材料的最佳导热系数为1.3 W m-1 K-1，电导率为7.65 S m-1。同时，多壁碳纳米管的掺入促进了屏蔽材料的欧姆损耗和极化损耗。特别是对于GCA3/SR，EMI SE在K波段达到42 dB。此外，GCA/SR复合材料仍然具有良好的柔性。这一结果为柔性电子设备的多功能应用铺平了道路。

5. 文献链接

Dual-functional 3D multi-wall carbon nanotubes/graphene/Silicone Rubber Elastomer: Thermal Management and Electromagnetic interference shielding

10.1016/j.carbon.2021.07.013

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