Preparation of High Thermal Conductivity Graphene Films by Rapid Reduction with Low Energy Consumption

低能耗快速还原法制备高导热石墨烯薄膜

Ning Li, Junhao Liu, Wenfang Zeng, Yawei Xu, and Jing Li*

李宁, 刘俊浩, 曾文芳, 徐亚伟, 李静*

华南理工大学化学与化工学院

DOI: 10.1021/acsami.4c10163

PDF原文

ACS Applied Materials & Interfaces

2024年

论文亮点

研究背景

研究方法

  1. 采用改进的Hummers法制备大尺寸氧化石墨烯(GO)
  2. 通过两步化学还原法处理GO薄膜：
    • 第一步：在57% HI溶液中室温还原1小时，得到rGO-1
    • 第二步：在160°C水热反应器中用57% HI继续还原3小时，得到rGO-2
  3. 设计专用焦耳加热装置：
    • 使用石墨加热板(100×20×2mm)在氩气环境中进行加热
    • 采用分段加热策略：前4段每段100秒，电流差20A；后4段快速加热，电流差100A
    • 最高温度可达2500°C，总加热时间仅800秒
  4. 对制备的薄膜进行辊压处理，提高致密性
  5. 使用SEM、Raman、XPS、XRD等多种表征手段分析薄膜结构和性能
研究流程示意图
图1: 制备过程示意图

主要结论

结果与分析：微观结构表征

通过SEM观察不同阶段薄膜的截面结构变化：

SEM图像
图2: (a)GO截面SEM图像 (b)rGO-1截面SEM图像 (c)-(e)rGO-2截面SEM图像 (f)辊压前GF截面SEM图像 (g)辊压后GF截面SEM图像 (h)辊压后GF表面SEM图像 (i)GF示意图

分析结果：

结果与分析：光谱表征

光谱分析图
图3: (a)GO、rGO-1、rGO-2、GF-2200和GF-2500的拉曼光谱 (b)XRD光谱 (c)XPS测量光谱 (d)C 1s反卷积光谱 (e)GF-2500的D带、G带和I_D/I_G拉曼 mapping

分析结果：

结果与分析：热性能测试

热性能测试图
图4: (a)测试装置示意图 (b)rGO和GF-2500薄膜的红外热图像 (c)测试装置示意图 (d)LED散热曲线图 (e)有GF散热和无GF散热时LED表面红外热图像的温度变化

分析结果：