成果簡介
石墨烯薄膜（GF）憑借其輕質和高導熱系數（K）的特點，被廣泛套用於人員攜行式電子裝置的散熱。然而，在實際套用中，石墨烯切模不可避免地會產生大量具有高 K 值的廢料，因此值得研究廢料的二次利用。 本文，華東理工大學王際童 教授、喬文明 教授等研究人員在【Carbon】期刊 發表名為「Modified graphene film powder scraps for re-preparation of highly thermally conductive flexible graphite heat spreaders」的論文， 研究首先利用聚多巴胺（PDA）對粉碎的大尺寸石墨奈米片（GNs）粉末下腳料進行表面改性，得到GNs@PDA 。然後將 GNs@PDA 與氧化石墨烯（GO）片混合，透過自組裝制備出石墨烯/GNs@PDA（G/PG）復合薄膜。石墨化後，石墨化的 PDA 透過共價鍵將 GNs 與衍生的石墨烯 "焊接 "在一起。
由此產生的長程有序無缺陷層狀堆疊結構有效地促進了聲子和電子的傳遞，從而顯著提高了 G/PG 薄膜的 K 值和導電性。G/PG 薄膜的面內 K 值和導電率分別高達 1301.8 W/mK 和 5939.0 S/cm。此外，G/PG 薄膜還具有優異的機械效能、可折疊性和電磁遮蔽效能。這項工作為柔性散熱器的制備提供了思路，並實作了 GF 廢料的再利用。
圖文導讀
圖1.GNs@PDA和G/PG薄膜的制造示意圖。
圖 2. (a,b) GNs 和 (c) GNs@PDA 的掃描電鏡影像。(d) GNs 和 GNs@PDA 的 XPS 光譜。(e) GNs@PDA 的 C 1s 和 N 1s 峰。(g) GNs 的 C 1s 峰。(h) GNs@PDA/pO （左）和 GNs/pO （右）懸浮液停留 60 分鐘。
圖3：（a-d）GO/PG-3 薄膜的 EDX 圖譜。(e-h）掃描電鏡影像，（i）GO/PG-3 薄膜在各個溫度階段和壓實前後的數位照片。(j) GO/PG-3 薄膜和 (k) G/PG-3 薄膜的截面 SEM 影像。(l) G/PG-3 薄膜的 HR-TEM。
圖4. 將 GO 和 GNs@PDA 組裝成 G/PG 薄膜的結構演變方案。
圖5. (a) 實用傳熱效能測試平台。(b) 每種散熱策略（冷卻）的平均溫度-時間曲線和 (c) 紅外熱成像圖。
圖6. (a) Ku 波段 G/PG-3 薄膜的 EMI SE 和 (b) 系數。
小結
總之，透過簡單地將改性石墨烯與 GO 自組裝，成功地制造出了高導熱柔性石墨散熱器（G/PG 薄膜）。這項工作研究了熱退火溫度和 GNs@PDA 摻雜含量對形成高結晶有序石墨烯結構的影響，並確定了結構與材料效能之間的關系。經過高溫石墨化和機械壓實後，g-PDA 將 GNs "焊接 "到石墨烯上，同時 G/PG 薄膜中的缺陷得到恢復，形成長程有序無缺陷的片狀堆積結構，為電子和聲子的傳輸提供了途徑。
相比之下，摻雜了3wt% GNs@PDA 的 G/PG 薄膜顯示出最佳的綜合效能，其 IP 熱導率和電導率分別達到1301.8W/mK 和5939.0S/cm。紅外熱成像測試和 FES 分析進一步證實了G/PG-3薄膜卓越的傳熱效能。此外，G/PG-3 薄膜還具有出色的機械效能和可折疊性，在連續彎曲 5000 次之後，其電阻變化小於0.6%。憑借高導電性，G/PG-3薄膜還具有令人印象深刻的電磁遮蔽效能，Ku 波段EMI SE為83dB。具有優異綜合效能的柔性 G/PG 散熱片的制造不僅實作了GF廢料的再利用，還為柔性高K材料領域提供了理想的候選材料。
文獻：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.118827
