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隨著微電子集成與組裝技術(shù)的飛速發(fā)展以及高功率密度器件的集成使用，發(fā)熱量和耗散功率密度變得越來(lái)越大，嚴(yán)重影響電子元器件的穩(wěn)定性和使用壽命，因此散熱問(wèn)題變得極其重要。傳統(tǒng)的導(dǎo)熱材料以主要以金屬薄膜、石墨壓延膜、碳化聚酰亞胺膜等為主。金屬薄膜存在質(zhì)量重、易腐蝕、導(dǎo)熱率不高等缺點(diǎn)，而石墨壓延膜和碳化聚酰亞胺膜質(zhì)脆，使用過(guò)程中易掉粉，不適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、潔凈度要求高的精密儀器管理領(lǐng)域。另一方面，傳統(tǒng)的碳化聚酰亞胺膜通常是采用間歇式作業(yè)生產(chǎn)，石墨化過(guò)程需要消耗大量的時(shí)間（加熱時(shí)間至少6~10 h，冷卻時(shí)間至少10 h）和能源（實(shí)驗(yàn)爐能耗至少50~70 KW/h）。石墨烯膜是一種新型的導(dǎo)熱、散熱材料，面內(nèi)熱導(dǎo)率高，同時(shí)具有低密度、低熱膨脹系數(shù)、良好機(jī)械性能等優(yōu)異特性，成為新興散熱材料的焦點(diǎn)。本文提出連續(xù)化電焦耳熱還原策略，設(shè)計(jì)并制備了基于輥對(duì)輥的電熱裝置，實(shí)現(xiàn)了石墨烯導(dǎo)熱膜的快速連續(xù)化制備，整個(gè)制備過(guò)程僅用時(shí)1 h，能耗低于3 KW。所制備的石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)均勻，取向性好，并且導(dǎo)熱率達(dá)1285 W/mK，導(dǎo)電率達(dá)4.2×105S/m。將制備的石墨烯導(dǎo)熱膜用于LED燈的熱管理，可以顯著降低LED燈背板的溫度，這對(duì)于提高LED燈的安全性能和延長(zhǎng)使用壽命具有重要意義。
Figure 1. （a）連續(xù)電熱示意圖，（b）連續(xù)電熱裝置，（c）石墨烯膜電熱過(guò)程中的照片，（d）不同溫度的光譜圖，（e）所制備的柔性石墨烯導(dǎo)熱膜。
Figure 2. （a-c）石墨烯膜的表面形貌，（d-f）石墨烯膜的斷面形貌，（g）連續(xù)輥壓的電熱處理石墨烯膜的SAXS圖案，（h）未輥壓的石墨烯膜的SAXS圖案，（i）對(duì)應(yīng)的SAXS方位角
Figure 3.不同電熱溫度熱處理石墨烯膜的（a,b）XPS、（c）XRD、（d）Raman表征；（e）石墨烯膜不同位置的拉曼光譜，間隔距離為1cm；（f）石墨烯膜電阻與測(cè)試長(zhǎng)度的關(guān)系，表明制備的石墨烯膜宏觀尺寸均勻；（g-i）石墨烯膜的拉曼成像掃描，證明石墨烯膜微觀尺寸結(jié)構(gòu)均勻。
Figure 4. （a）紅外熱像儀測(cè)試石墨烯膜導(dǎo)熱率，（b）不同輸入功率下石墨烯膜的溫度分布曲線，（c）測(cè)試過(guò)程中石墨烯膜中點(diǎn)和端點(diǎn)溫度差與輸入功率的關(guān)系曲線，（d）商用LED燈，（e）商用LED燈的紅外熱像照片，（f）LED燈背板貼合石墨烯膜之后的紅外熱像照片，（g）使用石墨烯膜前后LED燈的溫度與工作時(shí)間的關(guān)系。
相關(guān)研究成果于2019年由浙江大學(xué)許震和高超課題組，發(fā)表在Carbon（2019, 155, 462-468）上。原文：Rapid roll-to-roll production of graphene film using intensive Joule heating。
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