Ca membru cheie al familiei de materiale de carbon, foile de grafit prezintă perspective largi de aplicare în energie, electronică, inginerie chimică și aerospațial, datorită conductivității termice și electrice excelente, a stabilității chimice și a rezistenței mecanice. În ultimii ani, odată cu avansarea rapidă a științei materialelor și a ingineriei, cercetările pe foi de grafit au continuat să se aprofundeze, ceea ce a dus la progrese semnificative în proiectarea structurală, optimizarea performanței și aplicațiile funcționale.
1. Tehnologia de pregătire a foilor de grafit
Procesul de preparare pentru foile de grafit afectează direct proprietățile lor de microstructură și macroscopice și, prin urmare, rămâne o zonă de cercetare de bază. În mod tradițional, foile de grafit sunt de obicei produse prin modelarea compresiei sau prin grafitizarea temperaturii -}} a grafitului de fulgi natural, dar aceste metode au ca rezultat o densitate și o uniformitate limitată. În ultimii ani, cercetătorii au dezvoltat o varietate de noi tehnici de preparare, inclusiv depunerea de vapori chimici (CVD), conversia precursorului polimeric și metodele hibride (de exemplu, compozite de grafit cu rășini, metale sau ceramică).
Printre acestea, tehnologia CVD poate depune filme de grafit de calitate ridicată pe suprafețele substratului. Prin reglarea raportului și a temperaturii gazelor reactante (cum ar fi metanul, hidrogenul și argonul), numărul de straturi de grafit și dimensiunea cerealelor poate fi controlat precis. Mai mult, grafitizarea pirolitică bazată pe precursori polimeri precum polimidă (PI) a atras, de asemenea, o atenție considerabilă. Această metodă folosește un tratament de temperatură ridicat - (peste 2800 grade) pentru a carboniza și reorganiza materia organică într -o structură de grafit. Fișele de grafit rezultate prezintă o orientare ridicată și o conductivitate termică excelentă.
2. Cercetarea optimizării performanței și a modificării
Optimizarea performanței foilor de grafit se concentrează în principal pe conductivitatea termică, conductivitatea electrică, rezistența mecanică și rezistența la coroziune. În ceea ce privește conductivitatea termică, cercetătorii au descoperit că creșterea orientării intermediare a foilor de grafit (cum ar fi prin rulare -} orientare asistată) poate îmbunătăți semnificativ conductivitatea termică în -. Conductivitatea termică a unor foi de grafit extrem de orientate a depășit 1500 W/(M · K). În ceea ce privește conductivitatea electrică, doparea cu elemente precum azot și bor sau introducerea de faze de întărire, cum ar fi nanotuburile de carbon și grafenul, își poate îmbunătăți și mai mult transportul de electroni.
În ceea ce privește rezistența mecanică, în timp ce foile de grafit au o rezistență ridicată la compresiune, rezistența la tracțiune și duritatea lor sunt relativ scăzute, limitându -și utilizarea în sarcină - structuri de rulment. Pentru a aborda acest lucru, cercetătorii au explorat soluții, cum ar fi fibra de carbon - compozite grafite consolidate și foi compozite de grafit/metal, îmbunătățind proprietățile mecanice generale prin introducerea materialelor de fază -} -. Mai mult, pentru aplicații specifice (cum ar fi protecția împotriva coroziunii chimice), sunt utilizate tehnologii de acoperire a suprafeței (cum ar fi placarea cu nichel, acoperirea SIC sau acoperirea al₂o₃) pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune a foilor de grafit.
3. Progresul în aplicații funcționale
Proprietățile unice ale foilor de grafit le -au făcut valoroase într -o varietate de câmpuri. În sectorul energetic, High - Fișe de grafit de conductivitate termică sunt utilizate pe scară largă în gestionarea termică a bateriei de litiu, disiparea căldurii dispozitivului semiconductor și sisteme de conversie termică solară. De exemplu, foile de grafit sunt utilizate ca substraturi de disipare a căldurii în pachetele de baterii pentru vehicule electrice, reducând efectiv temperaturile de funcționare a bateriei și prelungind durata de viață a bateriei.
În sectorul electronic, foile de grafit, datorită proprietăților lor electrice excelente, sunt utilizate în plăci de circuite flexibile, materiale de ecranare electromagnetică și componente de disipare a căldurii pentru dispozitive electronice cu putere ridicată -. Mai mult, dezvoltarea Grafenului - Fișe compozite de grafit oferă soluții potențiale pentru următorul - Generation High - Frecvență electronică. În industria chimică, foile de grafit, datorită temperaturii lor ridicate - și coroziunea - proprietăți rezistente, sunt o alegere ideală pentru garniturile de reactor, materialele de etanșare și filtrele de temperatură ridicate -.
4. Direcții viitoare de cercetare
Deși cercetarea foilor de grafit a obținut numeroase descoperiri, rămân provocări, cum ar fi costul ridicat al producției mari de scară- și stabilitatea insuficientă în unele medii extreme. Cercetările viitoare se pot concentra pe următoarele domenii:
1. Green and Low - Tehnologia de producție a costurilor: Dezvoltarea energiei - procese de sinteză eficiente și eficiente pentru a promova aplicarea industrială a foilor de grafit;
2. Proiectare integrată multifuncțională: optimizarea proprietăților termice, electrice și mecanice prin proiectarea structurală compozită;
3. Adaptabilitatea extremă a mediului: studierea stabilității lungi - a fișelor de grafit sub temperaturi ridicate, radiații puternice sau coroziune severă;
4. Explorarea aplicațiilor emergente: aplicații în răcirea cuantică a dispozitivului, tehnologie spațială și materiale biomedicale.
În rezumat, cercetarea foilor de grafit se dezvoltă rapid. Odată cu continuarea descoperirilor în tehnologia de producție, controlul performanței și aplicațiile funcționale, rolul său în fabricația ridicată - fabrică și industriile emergente strategice va deveni din ce în ce mai important.
