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纳米材料论文(第31页)

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  阵列拉膜法制备的碳纳米薄膜, 可以实现碳纳米管在其中良好的取向结构, 但是这类可拉膜的碳纳米管垂直阵列制备工艺较为复杂、生产成本较高、产量低、难以获得大面积的碳纳米管薄膜。 而立式浮动催化法或卧式浮动催化法直接从化学气相沉积(CVD)系统高温管式炉中连续拉出碳纳米管薄膜技术的快速发展, 为制备大面积碳纳米管薄膜实现了技术上的突破, 在碳纳米管的批量化制备中具有重要意义。

  2。2 碳纳米管网络结构对其导热性能的影响

  通过各种方法均能得到碳纳米管的自支撑薄膜,但薄膜内部结构差异化, 使最终得的宏观材料表现出不同的传热特性。

  通过控制碳纳米管的长度、管径等因素, 可制备出具有理想三维网络结构的柔性碳纳米管薄膜,其热导率可高达 4。02 W/(m K), 其传热阻抗仅有 0。27cm2K/W, 低于导热硅脂和商用散热石墨片, 并且具有固态自支撑特性, 在作为导热界面材料时, 能够在不污染器件表面的条件下实现高效传热。 研究了碳纳米管直径和长度对碳纳米管薄膜三维网络结构的影响。 碳纳米管的直径对碳纳米管纸中形成的网络结构与热传导特性有重要影响。 研究选用了 3种不同结构的碳纳米管作为原料进行了对比试验, 分别用直径 1 nm 的单壁碳纳米管、直径为 10 和 50 nm 的多壁碳纳米管抽滤法制备了厚度均为 80 μm 的碳纳米管纸, 从 3 种碳纳米管纸微观结构分析发现, 单壁碳纳米管更趋于形成致密的且碳管呈水平分布的结构, 且在三者中具有最高的传热阻抗(2。89 cm2K/W)。直径较小(10 nm)的多壁碳纳米管制备的碳纳米管纸形成相对松散的网络结构, 且还有一部分的碳纳米管伸出巴基纸的表面, 因而传热阻抗降低到 1。58 cm2K/W。 直径 50 nm 大管径的多壁碳纳米管巴基纸显示出非常多的孔结构, 而且更多的碳纳米管沿着厚度方向排布, 具有三者中最低的传热阻抗 0。53 cm2K/W。因此可以推断出, 长径比更小的大直径多壁碳纳米管在抽滤制备碳纳米管纸的过程中, 更趋向于形成三维网络结构, 从而有利于沿厚度方向的热传导。

  3 碳纳米管阵列技术及其在热界面材料中的应用

  优异的热界面材料需要具备以下几种特性: (1)可压缩性及柔软性; (2) 高热传导性; (3) 低热阻; (4)表面浸润性; (5) 适当的黏性; (6) 对扣合压力的敏感性要高; (7) 容易使用及处理; (8) 可重复使用性; (9)冷热循环时稳定性好等。 虽然上文所述的各种方法实现对碳纳米管薄膜结构的调控, 使得碳纳米管薄膜不论在 X 方向还是 Z 方向的热传导性都有显著的提高, 但是这几种材料体系通常都有较高的界面热阻, 若要开发碳纳米管在热界面材料领域的应用, 除了实现碳纳米管薄膜高的热传导性, 另一个关键需求就是低的界面热阻, 因而需要进一步提高碳纳米管在 Z 方向的取向, 实现与上下两个界面的良好接触,并且可压缩、耐一定的温度。

  3。2 碳纳米管阵列复合及表面修饰

  由于碳纳米管阵列本身自支撑强度低, 较易受到外力破坏, 在实际的应用中将其保护起来也是较重要的步骤, 而材料复合技术则是最常用的保护方法。 目前, 主要的复合基体材料为金属铜和聚合物。

  Ngo 等人使用传统的电沉积工艺将碳纳米管阵列与电镀铜复合, 测出的复合材料热阻比纯阵列降低 60%左右。 Chai 等人也尝试了将阵列与铜电镀复合, 测出的热阻在铜体积分数达到 40%时能够达到 10 mm2K/W 以下, 且复合材料热阻低于纯阵列热阻。 这种复合材料提高阵列导热性的可能机理与其表面碳管的露出有关, 在施加压力时露出的碳管被压弯从而造成上接触面接触到复合材料中的铜,铜参与到导热过程, 进而降低了体系热阻。

  将阵列与聚合物复合是目前碳纳米管复合材料的研究热点之一。 目前研究表明, 用激光热导法测量得到的碳纳米管阵列中沿着碳纳米管取向方向的热导率通常都低于 60 W/(m K)。 Huang 等人使用“原位注射成型法”使完整的碳纳米管阵列与硅树脂复合,并测试了复合结构的热导率。 测试结果表明, 加入阵列的硅树脂热导率比纯硅树脂提升1~3倍, 但他们没有将复合材料热导率与纯阵列作比较, 而只是将阵列作为硅树脂的一种特别的增强相研究。

  3。3 碳纳米管阵列两端表面改性

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