石墨烯以及导热性质的介绍

石墨烯以及导热性质的介绍文件排版存档编号:UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208石墨烯以及导热性质的有关介绍石墨烯（Graphene）又叫单层石墨，是构造其他石墨材料的最基本的材料单元。石墨稀是由2碳原子以蜂窝状晶格构成的二维单原子层结构。每个碳原子周围有3个碳原子成键，键角120° ；每个碳原子均为2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大n键。在石墨烯中， 碳原子在不停的振动，振动的幅度有可能超过其厚度。其中最重要的石 墨烯的晶格振动，不仅仅影响石墨烯的形貌特征，还影响的石墨烯的力 学性质、输运特性、热学性质和光电性质。对石墨烯的热学性质的影响 主要是由于石墨烯晶格振动。根据有关资料的显示，对石墨烯晶格振动的研究可利用价力场方 法。在价力场方法中，石墨烯内所有原子间的相互作用力可以分为键的 伸缩力和键的弯曲力。从经典的热学理论出发，对石墨烯的导热系数进 行研究。一、以下是石墨烯薄片的热通量有关的表达式:IV = X r($T)h仇 5戈如说='tfX v(jjfl) hit), g t< s>at (q)=-tf(1S)一 E （ ¥ 门 正 （2 訂，h如、8），式中 说 为一个声子所带的能量型坤心为热流中的声子敷Fh可由玻尔兹曼方程得出' 宏观定义(2D)式中也和碍为样品的宽度和长度a M以耳川导热系数的对角議量为a.'Va （wj t f 、 亓hg W柠虑堆声于态密度*我们即到标呈导黑.系散广阴，的（厂於耳“厲诃）一 .-d仁-itkT' J ：1 -1 ：| L仃厂77- _ I ） -J上面理论计算的导热系数主要由石墨烯的声子频率、声子的支数和声子导热系数随石墨烯的宽度的增加而增加。由经典的热传导理论可知，随 着温度的升高，晶格振动加强，声子运动剧烈，热流中的声子数目也增 加。声子间的相互作用或碰撞更加频繁，原子偏离对平衡位置的振幅增 大，引起的声子散射加剧，使导热载体（声子）的平均自由程减小。这是 石墨烯的导热系数随温度升高而降低的主要原因。对于石墨烯，电子的 运动对导热也有一定的贡献，但在高温情况下，晶格振动对石墨烯的导 热贡献是主要的，起主导作用。二、石墨烯的导热系数经验公式& L bp尺=应哥式中Xg是温度系数，L是单层石墨烯的中间部分与散热片之间的距离， h是单层石墨烯厚度，d为单层石墨烯的宽度，§f是G峰位移，§P是 样品的热功率的变化。从经验公式可以看出，石墨烯的导热系数主要受3 个因数的影响: 单层石墨烯的尺寸效应，温度，石墨烯生长的基底材 料。一些实验也证实了石墨烯的导热系数随石墨烯的尺寸增加而增加， 随温度的升高而减小，基底材料不同，其导热系数也不同。三、总结石墨烯具有很好的导热性能，在导热的过程中，晶格振动起主要作 用。其导热系数是温度、尺寸的函数。石墨烯由于具其优良的导热性 能，具有广泛的应用前景。其导热性能主要受石墨烯的尺寸、温度、基 底的影响。但由于石墨烯种类的繁多和性能的可调控性，深入研究石墨 烯结构变化和各种性能是一项长期的工作。优异的导热和力学性能使石墨烯在热管理领域极具发展潜力，但这 些性能都是基于微观的纳米尺度，难以直接利用。因此，将纳米的石墨 烯宏观组装形成薄膜材料，同时保持其纳米效应是石墨烯规模化应用的 重要途径。石墨烯基薄膜可作为柔性面向散热体材料，满足 LED 照明、 计算机、卫星电路、激光武器、手持终端设备等高功率、高集成度系统 的散热需求。这些研究成果为结构/功能一体化的碳/碳复合材料的设计 提供了一个全新视角。