石墨烯以及導(dǎo)熱性質(zhì)的有關(guān)介紹

1、石墨烯以及導(dǎo)熱性質(zhì)的有關(guān)介紹石墨烯（Graphene）又叫單層石墨，是構(gòu)造其他石墨材料的最基本的材料單元。石墨稀是由sp2碳原子以蜂窩狀晶格構(gòu)成的二維單原子層結(jié)構(gòu)。每個(gè)碳原子周?chē)?個(gè)碳原子成鍵，鍵角120°；每個(gè)碳原子均為sp2雜化，并貢獻(xiàn)剩余一個(gè)p軌道上的電子形成大n鍵。在石墨烯中，碳原子在不停的振動(dòng)，振動(dòng)的幅度有可能超過(guò)其厚度。其中最重要的石墨烯的晶格振動(dòng)，不僅僅影響石墨烯的形貌特征，還影響的石墨烯的力學(xué)性質(zhì)、輸運(yùn)特性、熱學(xué)性質(zhì)和光電性質(zhì)。對(duì)石墨烯的熱學(xué)性質(zhì)的影響主要是由于石墨烯晶格振動(dòng)。根據(jù)有關(guān)資料的顯示，對(duì)石墨烯晶格振動(dòng)的研究可利用價(jià)力場(chǎng)方法。在價(jià)力場(chǎng)方法中，石墨烯內(nèi)所有原

2、子間的相互作用力可以分為鍵的伸縮力和鍵的彎曲力。從經(jīng)典的熱學(xué)理論出發(fā)，對(duì)石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行研究。一、以下是石墨烯薄片的熱通量有關(guān)的表達(dá)式:W=2rG-9)W(ifA='tfXv(jpfl)hit),q)t<環(huán)叫=-tf(18)覘抓熱導(dǎo)的一E（¥門(mén)正（心訂，h如、），式中Pftw為個(gè)聲子所帶的能盤(pán)川®血為熱流中的申子敷Fh可由玻爾茲曼方程得出'宏觀定義(2D)式中也和叫為樣詰的寬度和長(zhǎng)度aM以埼川導(dǎo)熱系數(shù)的牡角世培為J丁，訶n®*駕丄與慮:維聲子態(tài)密度.我們得到標(biāo)緒導(dǎo)熱系數(shù)f，c'"'打他gh心耳“h訶)g=4irf

3、ir_d：i-1：il仃廠77-_|-J上面理論計(jì)算的導(dǎo)熱系數(shù)主要由石墨烯的聲子頻率、聲子的支數(shù)和聲從圖中看出來(lái)石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的增加而減小。在同一溫度下導(dǎo)熱系數(shù)隨石墨烯的寬度的增加而增加。由經(jīng)典的熱傳導(dǎo)理論可知，隨著溫度的升高，晶格振動(dòng)加強(qiáng)，聲子運(yùn)動(dòng)劇烈，熱流中的聲子數(shù)目也增加。聲子間的相互作用或碰撞更加頻繁，原子偏離對(duì)平衡位置的振幅增大，引起的聲子散射加劇，使導(dǎo)熱載體（聲子）的平均自由程減小。這是石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低的主要原因。對(duì)于石墨烯，電子的運(yùn)動(dòng)對(duì)導(dǎo)熱也有一定的貢獻(xiàn)，但在高溫情況下，晶格振動(dòng)對(duì)石墨烯的導(dǎo)熱貢獻(xiàn)是主要的，起主導(dǎo)作用。二、石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式&

4、Lgp尺=應(yīng)哥式中Xg是溫度系數(shù)，L是單層石墨烯的中間部分與散熱片之間的距離，h是單層石墨烯厚度，d為單層石墨烯的寬度，是G峰位移，6P是樣品的熱功率的變化。從經(jīng)驗(yàn)公式可以看出，石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)主要受3個(gè)因數(shù)的影響:單層石墨烯的尺寸效應(yīng)，溫度，石墨烯生長(zhǎng)的基底材料。一些實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)隨石墨烯的尺寸增加而增加，隨溫度的升高而減小，基底材料不同，其導(dǎo)熱系數(shù)也不同。三、總結(jié)石墨烯具有很好的導(dǎo)熱性能，在導(dǎo)熱的過(guò)程中，晶格振動(dòng)起主要作用。其導(dǎo)熱系數(shù)是溫度、尺寸的函數(shù)。石墨烯由于具其優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。其導(dǎo)熱性能主要受石墨烯的尺寸、溫度、基底的影響。但由于石墨烯種類(lèi)的繁多和性能的可調(diào)控性，深入研究石墨烯結(jié)構(gòu)變化和各種性能是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作。優(yōu)異的導(dǎo)熱和力學(xué)性能使石墨烯在熱管理領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿?，但這些性能都是基于微觀的納米尺度，難以直接利用。因此，將納米的石墨烯宏觀組裝形成薄膜材料，同時(shí)保持其納米效應(yīng)是石墨烯規(guī)?；瘧?yīng)用的重要途徑。石墨烯基薄膜可作為柔性面向散熱體材料，滿(mǎn)足LED照明、計(jì)算