石墨烯發(fā)熱原理

利用超聲和攪拌等方法將石墨烯粉末均勻分散于有機(jī)溶劑中，得到濃度為0.05mg/ml～0.5mg/ml的石墨烯溶液，通過抽濾的方法將石墨烯均勻覆蓋于有機(jī)濾膜或水系濾膜之上，再通過機(jī)械剝離、浸泡或有機(jī)溶劑溶解的方法將石墨烯薄膜和濾膜分離，得到石墨烯薄膜，在石墨烯薄膜上加上電極，對(duì)其施加電壓即可產(chǎn)生熱量。由于石墨烯獨(dú)特的二維納米結(jié)構(gòu)，大的厚徑比、高的比表面積的特性，通過以上的制備工藝，使得石墨烯片層之間形成均勻連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，在施加較低的電壓（1～10V）下即可產(chǎn)生較高的熱量。

主要是利用了石墨烯高效的傳熱能力，它的導(dǎo)熱系數(shù)比銅、鋁、鐵等金屬都要高，僅次于熱管，但石墨烯沒有像熱管那樣的工質(zhì)、吸液芯等，因此可以根據(jù)需要制成各種形狀，如傳熱板、傳熱管，當(dāng)然也能做成導(dǎo)熱膜。

LED，用電線連接到帶狀石墨烯。他們只是把石墨烯放在氯化銅（copperchloride）溶液中，進(jìn)行觀察。LED燈亮了。實(shí)際上，他們需要6個(gè)石墨烯電路，形成串聯(lián)，這樣就可產(chǎn)生所需的2V，使LED燈發(fā)亮，就可以得到這個(gè)圖片。

這里發(fā)生情況就是銅離子具有雙重正電荷，穿過溶液的速度約每秒300米，因?yàn)槿芤涸谑覝叵碌臒崮芰?。?dāng)離子猛烈撞入石墨烯帶時(shí)，碰撞會(huì)產(chǎn)生足夠的能量，使不在原位的電子離開石墨烯。電子有兩種選擇：可以離開石墨烯帶，和銅離子結(jié)合，也可以穿過石墨烯，進(jìn)入電路。

原來，流動(dòng)的電子在石墨烯中更快，超過它穿過溶液的速度，所以電子自然會(huì)選擇路徑，穿過電路。正是這一點(diǎn)點(diǎn)亮了LED燈“釋放的電子更傾向于穿過石墨烯表面，而不是進(jìn)入電解液。設(shè)備就是這樣產(chǎn)生電壓的

因此，這個(gè)裝置產(chǎn)生的能量來自周圍環(huán)境的熱量。他們可以提高電流，只需加熱溶液，也可用超聲波加快銅離子。只依靠周圍熱量，就可以使他們的石墨烯電池持續(xù)運(yùn)行20天。但是，還有一個(gè)重要的問號(hào)。另一個(gè)假設(shè)是某種化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，就像普通的電池。

石墨烯的用途？

石墨烯的應(yīng)用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯超薄，強(qiáng)度超大的特性，石墨烯可被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機(jī)材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯有可能會(huì)成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)，碳元素更高的電子遷移率可以使未來的計(jì)算機(jī)獲得更高的速度。另外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性劑，在新能源領(lǐng)域如超級(jí)電容器、鋰離子電池方面，由于其高傳導(dǎo)性、高比表面積，可適用于作為電極材料助劑。

導(dǎo)熱石墨烯的應(yīng)用

導(dǎo)熱石墨片（TCGS-S）也稱石墨散熱片，是一種全新的導(dǎo)熱散熱材料，具有獨(dú)特的晶粒取向，沿兩個(gè)方向均勻?qū)?，平面?nèi)具有150-1500W/m-K范圍內(nèi)的超高導(dǎo)熱性能，片層狀結(jié)構(gòu)可很好地適應(yīng)任何表面，屏蔽熱源與組件的同時(shí)改進(jìn)消費(fèi)類電子產(chǎn)品的性能。其分子結(jié)構(gòu)示意圖如下：

中科院山西煤化所在石墨烯柔性散熱體領(lǐng)域今年已取得兩項(xiàng)重大進(jìn)展。日前，該所系統(tǒng)研究了氧化石墨烯薄膜在炭化過程中的導(dǎo)熱性能演變機(jī)制，并獲得高性能熱還原氧化石墨烯薄膜。此前他們還與清華大學(xué)和中科院金屬研究所相關(guān)團(tuán)隊(duì)成功研制出高導(dǎo)熱石墨烯/碳纖維柔性復(fù)合薄膜。

將納米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)模化應(yīng)用的重要途徑。山西煤化所與相關(guān)單位通過自組裝技術(shù)，構(gòu)建結(jié)構(gòu)/功能一體化的碳/碳復(fù)合薄膜。這種全碳薄膜具有類似于鋼筋混凝土的多級(jí)結(jié)構(gòu)，其厚度在10~200μm之間可控，室溫面向熱導(dǎo)率高達(dá)977W/m·K，拉伸強(qiáng)度超過15MPa。這項(xiàng)研究解決了石墨烯導(dǎo)熱應(yīng)用的難題，是石墨烯領(lǐng)域的一項(xiàng)突破。以氧化石墨烯為前驅(qū)體很容易獲得薄膜材料，但這種材料需通過熱處理才能恢復(fù)其導(dǎo)熱/導(dǎo)電性能。山西煤化所的研究結(jié)果表明，1000℃是薄膜性能轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵點(diǎn)，薄膜的性能在該點(diǎn)發(fā)生質(zhì)變。這一發(fā)現(xiàn)不僅解決了石墨烯熱化學(xué)轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)科學(xué)問題，也為石墨烯導(dǎo)熱薄膜的規(guī)?；苽涮峁┝艘罁?jù)。

石墨烯基薄膜可作為柔性面向散熱體材料，滿足LED照明、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星電路、激光武器、手持終端設(shè)備等高功率、高集成度系統(tǒng)的散熱需求。這些研究成果為結(jié)構(gòu)/功能一體化的碳/碳復(fù)合材料的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)全新視角。