Теплопроводные композиты графен-полимер: эффекты размера, перколяции и синергии

Устойчивое увеличение плотности устройств в электронике диктует необходимость эффективного теплового менеджмента. При успешном использовании графен, обладающий выдающимися тепловыми свойствами, может быть коммерчески применён в полимерных композитах с ультравысокой теплопроводностью (TC). Однако полный потенциал графена по повышению TC ограничивается большой межфазной термической сопротивляемостью на границах графена, опосредованных полимером. Мы сообщаем о простом и масштабируемом способе диспергирования коммерчески доступных графеновых нанопластинок (GnP) в полимерной матрице, в результате чего образовался композит с ультравысокой TC 12,4 W/m K (против 0,2 W/m K для чистого полимера). Эта ультравысокая TC была достигнута посредством приложения высоких сжимающих усилий во время диспергирования, что привело к заполнению зазоров между смежными GnP с большими поперечными размерами и низкой плотностью дефектов. Мы также получили убедительные доказательства существования термического порога перколяции. Наконец, добавление электрически изолирующих наночастиц нитрида бора в теплопроводный GnP–полимерный композит значительно снижает его электрическую проводимость (во избежание короткого замыкания) и синергетически увеличивает TC. Эффективное диспергирование коммерчески доступных GnP в полимерной матрице создаёт идеальную основу для значительного прогресса в масштабном производстве и коммерциализации GnP-основанных теплопроводных композитов.