石墨烯碳納米管散熱涂料技術(shù)

石墨烯碳納米管散熱涂料技術(shù)（1）項(xiàng)目背景碳材料是目前人類認(rèn)知的材料中功能最全、性能最優(yōu)越、形式最多樣的材料，是目前所有已知?jiǎng)潟r(shí)代材料所有不能比擬的，繼硅時(shí)代之后21世紀(jì)甚至有望成為碳材料時(shí)代。尤其是納米碳材料豐富的形態(tài)，涵蓋從零維、一維到二維結(jié)構(gòu)，每一次納米碳材料的出現(xiàn)都引領(lǐng)了納米科技的快速發(fā)展。其中，碳納米管可看成是一種石墨片卷曲結(jié)構(gòu)，超強(qiáng)的C-C鍵使碳納米管具有超強(qiáng)的力學(xué)性能和熱傳導(dǎo)性能，理論計(jì)算和實(shí)際測量表明，單壁碳納米管拉伸強(qiáng)度可達(dá)150GPa，彈性模量1TPa，是鋼鐵的100倍，密度卻只有其1/6，被譽(yù)為終極碳纖維。同時(shí)單壁碳納米管室溫導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)6000W/m.K，多壁碳納米管的室溫導(dǎo)熱系數(shù)也達(dá)3000W/m.K，是熱導(dǎo)率最高的材料。同時(shí)，碳納米管比表面積大，被譽(yù)為世界上最黑的物質(zhì)，這種物質(zhì)對光線的折射率只有0.045%，吸收率高達(dá)99.5%以上，輻射系數(shù)接近絕對黑體的1.0。另外還具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和超高的載流子輸送密度，導(dǎo)電率接近金屬，載流能力超過金屬銅。眾多優(yōu)異綜合性能使碳納米管自發(fā)現(xiàn)以來受到極大關(guān)注，是納米材料和納米技術(shù)的最典型代表，是散熱涂料和復(fù)合材料最理想的功能填料。碳納米管在功能涂料領(lǐng)域主要發(fā)揮以下主要作用：導(dǎo)電填料：碳納米管的導(dǎo)電閾值低至0.1wt%，而傳統(tǒng)炭黑卻高達(dá)15wt%以上，碳納米管可以在極少量添加的情況下即達(dá)到目前炭黑型導(dǎo)電涂料的性能，避免大量無機(jī)炭黑添加對涂料工藝性的負(fù)面影響。因此，碳納米管在抗靜電涂料、電磁屏蔽涂料、重防腐涂料等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢。同時(shí)還能利用其電致發(fā)熱的作用，開發(fā)新型的節(jié)能加溫、保溫涂料，在家居地暖加溫、儀器設(shè)備保溫等新型市場具有極大的商業(yè)前景。散熱填料：碳納米管不僅具有超高的熱導(dǎo)率，同時(shí)還具有接近理論黑體的輻射率，以此加強(qiáng)其紅外輻射散熱功能，因此新型散熱涂料將有望改變目前散熱模式，大大提高熱交換能力。力學(xué)增強(qiáng)填料：充分發(fā)揮碳納米管一維結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，在涂層內(nèi)部形成增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，將使涂料力學(xué)性能大大提高，尤其是耐磨性、硬度等，甚至可形成部分自我修飾涂層。實(shí)際上，碳納米管功能涂料往往同時(shí)具有上述性能優(yōu)點(diǎn)，其多功能性是目前任何涂料產(chǎn)品所不能比擬的，將有望極大改變?nèi)藗儗鹘y(tǒng)產(chǎn)品的認(rèn)識和使用習(xí)慣?；诖耍卷?xiàng)目將在前期研究工作的基礎(chǔ)上，開展碳納米管散熱涂料、電熱涂料和防腐涂料產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，推出系列化碳納米管功能涂料產(chǎn)品，開發(fā)新型應(yīng)用市場，創(chuàng)造規(guī)?；б?。（2）項(xiàng)目建設(shè)的必要性隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對高性能散熱技術(shù)的需求與日俱增。熱量交換的方式主要有三種：傳導(dǎo)、對流和輻射。解決好散熱的問題，要從兩個(gè)方面入手，一是熱源--系統(tǒng)中不斷產(chǎn)生熱量并向周圍傳遞熱量物體，熱源的產(chǎn)生的熱量要散熱交換走，目前國內(nèi)外所采用的散熱材料基本上都是靠增加材料的導(dǎo)熱系數(shù)加強(qiáng)熱量傳導(dǎo)，依賴周圍的介質(zhì)對流來散熱交換熱量，這樣的弊端是熱量交換的區(qū)域很小，如果是相對封閉的空間，對流不是很好，熱量交換效果就非常差。二是加快通風(fēng)散熱交換熱量，這樣在大部分的空間上是不現(xiàn)實(shí)，通風(fēng)就會產(chǎn)生噪音、舒服度上大打折購。如果現(xiàn)在不改變其他情況下，提高熱源的熱交換量，通過熱紅外輻射散熱是最有效的解決途徑。輻射散熱可以不受熱源周圍介質(zhì)影響，只要熱源溫度超過零度，熱源就要往外輻射熱量。但是單純靠熱源本身的熱量輻射量來說是非常小的，不能很好解決熱源散熱交換熱量，增加熱源紅外線輻射量能很好地解決熱源熱交換的難題?；诖?，紅外輻射散熱涂料顯示出極大的市場價(jià)值，極大推動(dòng)資源節(jié)約型社會建設(shè)，具有重大經(jīng)濟(jì)和社會意義。首先，紅外輻射散熱涂料可以滿足狹小空間無法使用強(qiáng)制對流散熱的領(lǐng)域，如果電子設(shè)備、熱交換器、散熱器，大大提高熱交換效率，改善電子器件、電機(jī)和熱機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行環(huán)境。以LED為例，目前LED轉(zhuǎn)換效率約20%電轉(zhuǎn)光和80%電轉(zhuǎn)熱，電轉(zhuǎn)光的轉(zhuǎn)換效率還有很大提升空間，這有賴于器件的高效散熱技術(shù)。如果LED單元提升為更高亮度，將可大大減少設(shè)備中LED單元數(shù)量，降低能耗，降低成本，且散熱效果更佳，形成良性循環(huán)，對于節(jié)能減排政策具有重大貢獻(xiàn)。第二，在傳統(tǒng)散熱器往往是刺片結(jié)構(gòu)的鋁或銅，自重大，加工成本高。雖然聚氨酯分散液（CN-PU系列）碳納米管含量：2.5-4%固含量：20-25%粘度（涂-4）：21-25s碳納米管直徑：20-30nm碳納米管長度：5-10um；純度：>98%其他成分：消泡劑、分散劑、增稠劑、流平劑等成膜工藝：滾涂、噴涂、絲印等。實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示，以5W的陶瓷電熱板為熱源，將熱電偶直接焊接在鋁基底上測試溫度，通過升溫曲線測試研究紅外輻射散熱膜的散熱特性。++—陶瓷電熱板鋁基底涂覆有散熱涂料的鋁箔測溫點(diǎn)將涂了涂料的樣品與沒涂涂料的樣品串聯(lián)進(jìn)行升溫對比，在恒流模式下測試，做出溫度-時(shí)間曲線，測試之后對換電極重新測試以評價(jià)其穩(wěn)定性：對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將涂覆有散熱涂料的鋁箔直接貼在鋁底座上能夠顯著降級溫度10度左右，能夠發(fā)揮非常顯著的散熱功效。采用此方式模擬散熱環(huán)境，能夠快速對比各種散熱