石墨烯在熱領(lǐng)域的特性及利用

1、精選文檔一特性機(jī)理：在石墨烯中，碳原子在不停的振動，振動的幅度有可能超過其厚度。其中最重要的石墨烯的晶格振動，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。由石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)閱歷公式可得如下圖表從圖中看出來石墨烯的導(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，隨著溫度的上升，晶格振動加強(qiáng)，聲子運(yùn)動猛烈，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

2、的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度上升而降低的主要緣由。對于石墨烯，電子的運(yùn)動對導(dǎo)熱也有肯定的貢獻(xiàn)，但在高溫狀況下，晶格振動對石墨烯的導(dǎo)熱貢獻(xiàn)是主要的，起主導(dǎo)作用。二應(yīng)用：發(fā)熱：由石墨烯制成的加熱膜與傳統(tǒng)取暖方式相比，1加熱速度快（1min內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定工作溫度，而傳統(tǒng)取暖如油汀需要20min才能達(dá)到穩(wěn)定溫度）；2電熱輻射轉(zhuǎn)換效率高（經(jīng)第三方檢測，電熱輻射轉(zhuǎn)換效率達(dá)80%以上），與傳統(tǒng)取暖方式相比可節(jié)能省電；3石墨烯加熱膜是整個面加熱，溫度均勻分布；4石墨烯加熱膜與某些對人體有害輻射的取暖方式相比是平安的。例子：1制作理療護(hù)具石墨烯的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能應(yīng)用在理療護(hù)具領(lǐng)域，利用石墨烯在發(fā)熱過程中產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線，與人體波

3、長相同，產(chǎn)生共振作用，形成熱反應(yīng)，深化皮下組織，使毛細(xì)血管擴(kuò)張，促進(jìn)血液循環(huán)，強(qiáng)化組織新陳代謝，提高機(jī)體免疫力量，排解疲憊，緩和酸痛，從而起到消炎、鎮(zhèn)痛的理療保健作用。2制作發(fā)熱服石墨烯智能發(fā)熱服將石墨烯獨(dú)特的導(dǎo)熱性能和日常穿戴完善結(jié)合，為人體營造暖和舒適的感受，通過手機(jī)端app的把握可以使得發(fā)熱服快速升溫，產(chǎn)生對人體有益的遠(yuǎn)紅外線，為生活帶來更好的健康理療體驗(yàn)，重新定義暖和。散熱：石墨烯具有極高的熱導(dǎo)率和熱輻射系數(shù)，單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)5300W/mK，不僅優(yōu)于碳納米管，更是遠(yuǎn)高于金屬中導(dǎo)熱系數(shù)最高的銀、銅、金、鋁等，因此石墨烯作為幫助散熱的導(dǎo)熱塑料或者膜片具有巨大的應(yīng)用前景。1石墨烯導(dǎo)

4、熱塑料的開發(fā)，可以為各種散熱需求供應(yīng)性能更加優(yōu)異的新型的散熱產(chǎn)品，例如各種電子設(shè)備（如LED燈）的外殼散熱，目前國外已經(jīng)有廠家開發(fā)出了成型的導(dǎo)熱塑料并進(jìn)入市場。 例子：飛利浦MASTER LED MR16 新式燈具作為全球首例大功率LED應(yīng)用，其鋁制外殼已經(jīng)被帝斯曼公司開發(fā)出的Stanyl TC 導(dǎo)熱塑料所取代，其效果不僅達(dá)到了同等級的散熱目的，而且整個燈具更輕，耐腐蝕。2石墨烯制成的散熱膜散熱性能會大大優(yōu)于石墨片，實(shí)測的熱導(dǎo)率可達(dá)到1000W/mK以上，同時膜片具有良好的柔韌性易于加工。散熱薄膜是計(jì)算機(jī)、手機(jī)制造中的關(guān)鍵材料例子：蘋果手機(jī)目前用的散熱膜是用石墨片制成的，因此高性能的

5、石墨烯散熱薄膜是如智能手機(jī)、平板電腦等高性能、超薄電子產(chǎn)品的抱負(fù)散熱材料。儲熱：石墨烯具有高導(dǎo)熱性這一特性在熱工裝備及余熱利用中具有廣泛的應(yīng)用前景。應(yīng)用最新的石墨烯材料，結(jié)合現(xiàn)有的工藝和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能耗的大幅下降，掛念傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)滿足越來越嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，獲得企業(yè)生存空間。原理：在熱工設(shè)備中，熱的傳遞主要有兩種形式，一種是熱能直接傳遞給物料，代表爐型是加熱爐等，石墨烯材料可用在煙氣余熱回收上另外一種是熱能先傳遞給導(dǎo)熱儲熱材料再傳遞給物料，代表爐型為焦?fàn)t、熱風(fēng)爐等，石墨烯可用在開發(fā)高導(dǎo)熱材料上1石墨烯相變儲熱材料在熱風(fēng)爐上可以得到應(yīng)用，以取代目前的格子磚，削減設(shè)備體積。2在加熱爐上，石墨烯相變儲能材料則主要可以用來回收中低溫?zé)煔庥酂?。在熱處理爐上，可以利用石墨烯開發(fā)高導(dǎo)熱涂料，削減燃料消耗。3石墨烯可以提升相變儲熱系統(tǒng)的效率，提高其溫度均勻性，削減