Come membro chiave della famiglia dei materiali del carbonio, i fogli di grafite presentano ampie prospettive di applicazione in energia, elettronica, ingegneria chimica e aerospaziale grazie alla loro eccellente conducibilità termica ed elettrica, stabilità chimica e resistenza meccanica. Negli ultimi anni, con il rapido progresso della scienza e dell'ingegneria dei materiali, la ricerca sui fogli di grafite ha continuato ad approfondire, con conseguenti progressi significativi nella progettazione strutturale, ottimizzazione delle prestazioni e applicazioni funzionali.
1. Tecnologia di preparazione del foglio di grafite
Il processo di preparazione per i fogli di grafite influisce direttamente sulla loro microstruttura e proprietà macroscopiche e quindi rimane un'area di ricerca di base. Tradizionalmente, i fogli di grafite sono in genere prodotti attraverso lo stampaggio a compressione o la grafitizzazione a temperatura - alta della grafite naturale a fila, ma questi metodi provocano densità e uniformità limitate. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno sviluppato una varietà di nuove tecniche di preparazione, tra cui la deposizione di vapore chimico (CVD), la conversione dei precursori polimerici e i metodi ibridi (ad es. Compositi di grafite con resine, metalli o ceramiche).
Tra questi, la tecnologia CVD può depositare film di grafite di qualità - su superfici del substrato. Regolando il rapporto e la temperatura dei gas reagenti (come metano, idrogeno e argon), il numero di strati di grafite e dimensioni del grano può essere controllato con precisione. Inoltre, anche la grafitizzazione pirolitica basata su precursori polimerici come la poliimmide (PI) ha attirato una notevole attenzione. Questo metodo utilizza un trattamento di temperatura - al di sopra di 2800 gradi) per carbonizzare e riorganizzare la materia organica in una struttura di grafite. I fogli di grafite risultanti mostrano un alto orientamento e un'eccellente conducibilità termica.
2. Ricerca di ottimizzazione e modifica delle prestazioni
L'ottimizzazione delle prestazioni dei fogli di grafite si concentra principalmente su conducibilità termica, conducibilità elettrica, resistenza meccanica e resistenza alla corrosione. Per quanto riguarda la conducibilità termica, i ricercatori hanno scoperto che aumentare l'orientamento interstrato dei fogli di grafite (come attraverso l'orientamento assistito di -) può migliorare significativamente il loro in conduttività termica piana -. La conduttività termica di alcuni fogli di grafite altamente orientati ha superato 1500 W/M · K). Per quanto riguarda la conduttività elettrica, il doping con elementi come azoto e boro o introduzione di fasi di rinforzo come nanotubi di carbonio e grafene possono migliorare ulteriormente il trasporto di elettroni.
In termini di resistenza meccanica, mentre i fogli di grafite possiedono un'elevata resistenza a compressione, la loro resistenza alla trazione e tenacità sono relativamente basse, limitando il loro uso nelle strutture del cuscinetto -. Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno esplorato soluzioni come i compositi di grafite rinforzati in fibra di carbonio - e fogli di grafite/metallo compositi, migliorando le proprietà meccaniche generali introducendo materiali di fase - di forza -. Inoltre, per applicazioni specifiche (come protezione della corrosione chimica), tecnologie di rivestimento di superficie (come nichel, rivestimento SIC o rivestimento Al₂o₃) vengono utilizzate per migliorare la resistenza alla corrosione dei fogli di grafite.
3. Progressi nelle applicazioni funzionali
Le proprietà uniche dei fogli di grafite li hanno resi preziosi in una varietà di campi. Nel settore energetico, i fogli di grafite di conducibilità termica High - sono ampiamente utilizzati nella gestione termica della batteria al litio, nella dissipazione del calore del dispositivo a semiconduttore e nei sistemi di conversione termica solare. Ad esempio, i fogli di grafite vengono utilizzati come substrati di dissipazione di calore nei pacchi batterie per veicoli elettrici, riducendo efficacemente le temperature di funzionamento della batteria e estendendo la durata della batteria.
Nel settore elettronico, i fogli di grafite, grazie alle loro eccellenti proprietà elettriche, sono utilizzati in circuiti flessibili, materiali di schermatura elettromagnetica e componenti di dissipazione del calore per alti dispositivi elettronici di alimentazione -. Inoltre, lo sviluppo dei fogli compositi di grafite -} offre potenziali soluzioni per i dispositivi elettronici di frequenza di generazione - -. Nell'industria chimica, i fogli di grafite, a causa della loro alta temperatura e corrosione - -, sono una scelta ideale per rivestimenti di reattori, materiali di tenuta e filtri di temperatura - alti.
4. Direzioni di ricerca future
Sebbene la ricerca in foglio di grafite abbia raggiunto numerose scoperte, rimangono sfide, come l'alto costo della produzione di grandi dimensioni - e stabilità insufficiente in alcuni ambienti estremi. La ricerca futura potrebbe concentrarsi sulle seguenti aree:
1. Green e Low - Tecnologia di produzione di costo: sviluppo di energia - processi di sintesi efficienti ed efficienti per promuovere l'applicazione industriale dei fogli di grafite;
2. Design integrato multifunzionale: ottimizzazione delle proprietà termiche, elettriche e meccaniche attraverso la progettazione strutturale composita;
3. Adattabilità ambientale estrema: studio della lunga stabilità del termine - dei fogli di grafite a temperature elevate, radiazioni forti o grave corrosione;
4. Esplorazione di applicazioni emergenti: applicazioni nel raffreddamento del dispositivo quantistico, nella tecnologia spaziale e nei materiali biomedici.
In sintesi, la ricerca in foglio di grafite si sta rapidamente sviluppando. Con continue scoperte nella tecnologia di produzione, nel controllo delle prestazioni e nelle applicazioni funzionali, il suo ruolo nelle alte industrie emergenti emergenti di fine- diventerà sempre più importante.
