マトリックスとフィラー間の界面接触レベルが満たされているグラフェン支援熱界面材料

背景

熱界面材料（TIM）は、高度に統合された電子デバイスの熱放散に対する需要が高まっているため、過去10年間でホットな問題の1つになりました[1,2,3,4]。従来のフィラー（SiC、Al ₂ など）との比較 O ₃ 、およびBN）、グラフェンは、その卓越した高い熱伝導率（5000 Wm ^-1 ）に基づいてエポキシ樹脂（ER）を修飾する有望な見通しを示しています。 K ^-1 単層サンプルの場合）[5]。一般に、従来のフィラーの質量分率は、実際の需要を満たすために50％を超える必要があり、結果として得られる複合材料の機械的性能が低下します。逆に、還元型酸化グラフェン（RGO）フィラーの比率が低い（〜20 wt％）と、熱伝導率が高くなります（〜4 Wm ^-1 K ^-1 ）複合TIMの場合。 BalandinとLuの報告に基づくと、RGO修飾子を追加すると、熱伝導率の向上係数は約2000％に達し、観察された機械的特性は実際のアプリケーションの要件を満たしています[6、7]。さらに、Chen etal。グラフェンとカーボンナノチューブを使用して、TIMの熱性能を同時にさらに向上させることができることを発見しました[8、9]。

ただし、RGOの高い欠陥密度と不十分な連続性（激しい酸化還元反応による）は、結果として得られる熱性能のさらなる向上を制限します[10]。 Xieのグループからの報告に基づいて、バルク材料と2次元材料の空孔によるフォノン散乱メカニズムが明らかになりました[11]。 2次元RGOフィラーの場合、欠陥によって引き起こされる質量の欠落と結合の欠落は、フォノン輸送に悪影響を及ぼします。一方、化学蒸着法で作製した3次元グラフェンネットワーク（3DGN）は高品質ですが、グラフェン基底面とERを良好に接触させるための効率的なリンクがないため、フォノン輸送が妨げられます。インターフェイス[12]。最近、3DGNの適切な欠陥密度が界面接触条件に有益であることがわかりました（RGOの表面官能基と同じ役割を果たします）が、制御プロセスは非常に複雑です[13]。最近では、RGOと3DGNが、私たちのグループによるTIMの熱性能を改善するための共修飾剤として採用されました[14]。ただし、これら2つのフィラー間の相乗効果を実現することは困難であるため、結果として得られる熱性能はまだ期待とはほど遠いものです。

この研究では、最適化された表面官能基（総量と種類を含む）を備えたRGOフィラーが製造され、複合TIMの3DGNで使用されます。その中で、3DGNはフォノンの高速輸送ネットワークを提供し、RGOはグラフェン基底面とERを接続するためのブリッジとして機能します。 RGOの表面官能基の種類からの影響が明らかになり、対応する最適化設計が実行されます。結果として生じる熱伝導率は6.7Wm ^-1 に達します K ^-1 以前に報告されたグラフェンベースのTIMよりも25％高い最適化されたRGOフィラーを採用することによって[7、10]。熱性能への影響に加えて、RGOの官能基から得られるTIMの機械的特性への対応する影響についても説明します。

結果と考察

元のRGO、3DGN、および結果のTIMのSEM画像を図1に示します。また、準備されたままの複合TIMは、滑らかな外観を示します（ER、RGOフィラー、およびRGO-3DGNのデジタル写真-ERは、図1e–g）。 RGOとは異なり、3DGN表面のしわのサイズははるかに大きくなります（図1a、b）。 RGOサンプルの場合、しわの存在はその安定性を高めるために自発的ですが、グラフェンとニッケル基板の熱膨張係数の不一致は3DGNのしわにつながります。手付かずのERからは、明らかな細孔と亀裂のある粗い表面が見られ、熱伝導率が低いことを示しています（図1c、ERの空孔に起因する力の定数の変化は熱伝導率の低下をもたらします）[11]。逆に、これらの亀裂（凝固プロセス中に形成される）は、グラフェンフィラーを追加すると消えます。これは、以前のレポート[10、12]と一致しています。さらに、部分的なRGOフィラーがRGO-ER標本の表面に見られ（図1d–f）、3DGNs-ERの表面にいくつかの明らかな凹凸（内側の3DGNによって引き起こされる）が見られます（図1d–f）。 1g）。これらの特性は両方とも、RGOと3DGNの同時修飾サンプルから見ることができます（図1h）。 3DGNの存在は、SEM画像の断面図からはっきりと見ることができます（図1hの挿入図）。

a のSEM画像 RGO（OOH）、 b 3DGN、 c 手付かずのER、 d RGO（OOH）-ER、 e RGO（OH）-ER、 f RGO（O）-ER、 g 3DGN-ER、および h 3DGN-RGO（O）-ER。 ER、RGOフィラー、およびRGO-3DGNs-ERのデジタル写真は、 e の挿入図で提供されます。 – g 、およびすべてのスケールバーは2cmを表します。 SEM画像の断面図は h の挿入図に示されています 。元のRGO、3DGN、および結果のTIMのSEM画像を図に示し、準備されたままの複合TIMは滑らかな外観を示します（ER、RGOフィラー、およびRGO-3DGNのデジタル写真-ERは e – g ）。 RGOとは異なり、3DGN表面のしわのサイズははるかに大きくなります（ a 、 b ）。 RGOサンプルの場合、しわの存在はその安定性を高めるために自発的ですが、グラフェンとニッケル基板の熱膨張係数の不一致は3DGNのしわにつながります。手付かずのERからは、明らかな細孔と亀裂のある粗い表面が見られます。これは、熱伝導率が低いことを意味します（ c 、ERの空孔に起因する力の定数の変化は、熱伝導率の低下をもたらします）[11]。逆に、これらの亀裂（凝固プロセス中に形成される）は、グラフェンフィラーを追加すると消えます。これは、以前のレポート[10、12]と一致しています。さらに、部分的なRGOフィラーがRGO-ER標本の表面に見られます（ d – f ）、3DGN-ER（ g ）の表面にいくつかの明らかな凹凸（内側の3DGNによって誘発される）が表示されます ）。これらの特性は両方とも、RGOと3DGNの共同修正サンプル（ h ）から確認できます。 ）。 3DGNの存在は、SEM画像（ h の挿入図）の断面図からはっきりと見ることができます。 ）

RGOの表面官能基の総量と種類からの影響を明らかにするために、さまざまなRGOフィラーを使用してTIMを変更します。これらの使用されたRGOおよび3DGN標本のラマン曲線が記録され（図2）、D、G、および2Dピークの相対強度にいくつかの顕著な違いが見られます。比較のために、天然黒鉛の対応する曲線も記録されています。 3DGNの高品質は、対応する曲線にDピークがないことで証明されています。これは、天然黒鉛の場合と同様です。逆に、酸化プロセス中に導入された欠陥のために、GOサンプルのプロファイルに顕著なDピークが現れます。さらに、2Dピークがないことは、この観点を裏付けています。還元プロセス後、Dピークの強度は大幅に減少し、2DピークがRGO試験片の曲線に再び現れます。 I の積分強度比に基づく _D / 私 _G 、これらの採用されたグラフェンサンプルの欠陥密度を計算できます（すべての結果と詳細な計算は追加ファイル1：表S1にリストされています）[15、16]。これらの曲線を分析した後、天然黒鉛と3DGNのGバンドの位置が1580 cm ^-1 にあることがわかりました。 、1600 cm ^-1 にシフトします RGOの場合、RGOの品質と比較して3DGNの品質が高いことを確認します[17、18]。 RGOの表面官能基の詳細を取得するために、XRDおよびXPSパターンが記録され、さまざまな表面官能基の対応するタイプと比率が計算されます（追加ファイル1：図S1、S2、および表S2）[10、 12]。酸化および還元プロセスを調整することにより、さまざまな官能基（カルボキシル、ヒドロキシル、およびエポキシ基を含む）の選択的保持を実現できます[19]。

天然黒鉛とさまざまなグラフェンフィラーのラマン曲線。これらの採用されたRGOおよび3DGNs標本のラマン曲線が記録され、D、G、および2Dピークの相対強度にいくつかの顕著な違いが見られます。比較のために、天然黒鉛の対応する曲線も記録されています。 3DGNの高品質は、対応する曲線にDピークがないことで証明されています。これは、天然黒鉛の場合と同様です。逆に、酸化プロセス中に導入された欠陥のために、GOサンプルのプロファイルに顕著なDピークが現れます。さらに、2Dピークがないことは、この観点を裏付けています。還元プロセス後、Dピークの強度は大幅に減少し、2DピークがRGO試験片の曲線に再び現れます。 I の積分強度比に基づく _D / 私 _G 、これらの採用されたグラフェンサンプルの欠陥密度を計算できます（すべての結果と詳細な計算は追加ファイル1：表S1にリストされています）[15、16]。これらの曲線を分析した後、天然黒鉛と3DGNのGバンドの位置が1580 cm ^-1 にあることがわかりました。 、1600 cm ^-1 にシフトします RGOの場合、RGOの品質と比較して3DGNの品質が高いことを確認します[17、18]

得られたTIMサンプルの熱伝導率を図3に示します。得られた熱特性は、採用したRGOサンプルと密接に関連しています。 RGO（OH）およびRGO（O）を採用したサンプルと比較して、RGO（OOH）支援コンポジットはより優れたパフォーマンスを示します。熱伝導率（5.5 Wm ^-1 K ^-1 ）後者は前者よりも約〜12％高く（フィラーの質量分率は20 wt％）、RGOの表面官能基のタイプが結果として生じる熱性能に大きな影響を与えることを証明しています。複合TIM。調製したままのRGO（OOH）-3DGNs-ERの熱伝導率を、以前に報告されたグラフェン支援ER（図3の挿入図）の熱伝導率と比較します。これは、RGO（OOH）の採用が高性能を達成するために重要であることを意味します[ 6、7、10、14、20、21、22、23]。 3DGN（6.1 Wm ^-1 ）を追加すると、熱伝導率がさらに増加し​​ます。 K ^-1 ）、3DGNの追加と、RGOの官能基の選択的保持の両方が、結果として生じる熱伝導率の決定要因であることを示しています。

グラフェンフィラーの質量分率が増加する、さまざまな調製されたままの複合TIMの熱伝導率。得られたTIMサンプルの熱伝導率を図に示します。得られた熱特性は、採用したRGOサンプルと密接に関連しています。 RGO（OH）およびRGO（O）を採用したサンプルと比較して、RGO（OOH）支援コンポジットはより優れたパフォーマンスを示します。熱伝導率（5.5 Wm ^-1 K ^-1 ）後者は前者よりも約〜12％高く（フィラーの質量分率は20 wt％）、RGOの表面官能基のタイプが結果として生じる熱性能に大きな影響を与えることを証明しています。複合TIM。調製したままのRGO（OOH）-3DGNs-ERの熱伝導率を、以前に報告されたグラフェン支援ER（図の挿入図）の熱伝導率と比較します。これは、RGO（OOH）の採用が高性能を達成するために重要であることを意味します[6 、7、10、14、20、21、22、23]。 3DGN（6.1 Wm ^-1 ）を追加すると、熱伝導率がさらに増加し​​ます。 K ^-1 ）、3DGNの追加と、RGOの官能基の選択的保持の両方が、結果として生じる熱伝導率の決定要因であることを示しています

界面境界抵抗（δ ）は、インターフェースの接触状態を判断するための重要なパラメータです。 Balandinの理論[24]によると、グラフェンで修飾されたTIMの熱伝導率は、次の式で計算できます。

ここで p グラフェンフィラーと K の体積分率を表します 、 K _g 、および K _e 結果として得られる複合材料、グラフェン、およびERの熱伝導率です。 H およびδ は、それぞれグラフェンの厚さとグラフェンとERの間の熱境界抵抗です。相対計算に基づいて、δ は、採用されたRGO（表1にリストされている）の特定の表面官能基に深く依存しており、最小値はRGO（OOH）支援サンプルから取得されます。これらの結果は熱伝導率の結果と一致しており、RGOの官能基のタイプがマトリックスとフィラー間の界面接触レベルに大きな影響を与えることを確認しています。ご存知のように、カルボキシル基は中温でエポキシ基と反応し、凝固過程（110°C）でRGO（OOH）とERの間に化学結合が形成されます[14、25]。さらに、RGOの低減度は、結果として得られる熱性能と密接に関連しています。 Wangのグループは、理論上、グラフェンの官能基がフォノンの不一致を低減し、グラフェン基底面とER間の熱輸送効率を高めることができることを証明しました[26]。私たちのグループは、RGOの官能基の総量とRGO-ERの結果として生じる熱伝導率との関係を報告しました[19]。不十分な官能基は、界面接触状態を改善するための効果的なブリッジを提供できませんが、過剰な官能基の機能は、フォノンの総量が制限されているため無視できます。最近、ManchadoのグループとAraghiのグループは、他の有機複合材料に対するRGOの官能基からの同様の影響を報告しました[27、28]。表面官能基の総量を最適化した後（RGOの元素炭素原子と官能炭素原子の比率は C _要素 ： C _機能的 =1.94：1）、熱伝導率は6.3 Wm ^-1 に増加します K ^-1 。

Balandinの方程式によれば、結果として得られる熱伝導率は、グラフェンフィラーの形態パラメータによっても影響を受けます。 Fuのグループは、採用されたRGO（ナノプレートレット）の形態を最適化し、高い熱性能（4.01 Wm ^-1 を実現）を実現しました。 K ^-1 ） [7]。さらに、私たちのグループは、採用されたRGOの平均サイズと厚さからの詳細な影響について議論しました[10]。平均サイズ（> 100 nm）と厚さ（〜2 nm）が推奨され、結果として得られるTIMの熱伝導率は6.7 Wm ^-1 に向上します。 K ^-1 （これは以前に報告された値より25％高い）[7、10]。得られたデータ（図4a）によると、RGOの平均サイズによる熱伝導率への影響は、フィラーの厚さによる影響よりも顕著であり、グラフェン基底面とERの接触面積が得られたパフォーマンスの決定要因。最後に、3DGNとRGOの間の質量比率が最適化されます（3DGNの場合は10 wt％、RGOの場合は20 wt％。結果として得られるTIMの熱伝導率は、グラフェンフィラーの質量分率の増加に伴ってほぼ直線的に増加しますが、フィラーの質量分率は、結果として得られるTIMの接着性を低下させ、それらの間の相乗効果を実現します。高温下での熱性能の高い安定性は、電子デバイスが正常な状態で動作することを保証するためにTIMにとって不可欠です。 50°CでのRGO（OOH）のさまざまな質量分率を持つ調製されたままのTIMの熱伝導率を図4bに示します。7日後に顕著な劣化は見られず、実用化の有望な見通しを示しています。

a フィラーの質量分率を増加させた場合の熱性能とRGO形態の関係 b 長期間にわたって50°CでRGOフィラーのさまざまな質量分率を使用して得られたTIMの熱伝導率の安定性。 Balandinの方程式によれば、結果として得られる熱伝導率は、グラフェンフィラーの形態パラメータからも影響を受けます。 Fuのグループは、採用されたRGO（ナノプレートレット）の形態を最適化し、高い熱性能（4.01 Wm ^-1 を実現）を実現しました。 K ^-1 ） [7]。さらに、私たちのグループは、採用されたRGOの平均サイズと厚さからの詳細な影響について議論しました[10]。平均サイズ（> 100 nm）と厚さ（〜2 nm）が推奨され、結果として得られるTIMの熱伝導率は6.7 Wm ^-1 に向上します。 K ^-1 （これは以前に報告された値より25％高い）[7、10]。得られたデータによると（ a ）、RGOの平均サイズから得られる熱伝導率への影響は、フィラーの厚さからの影響よりも顕著であり、グラフェン基底面とERの間の接触面積が得られる性能の決定要因であることを意味します。最後に、3DGNとRGOの間の質量比率が最適化されます（3DGNの場合は10 wt％、RGOの場合は20 wt％。結果として得られるTIMの熱伝導率は、グラフェンフィラーの質量分率の増加に伴ってほぼ直線的に増加しますが、フィラーの質量分率は、結果として得られるTIMの接着性を低下させ、それらの間の相乗効果を実現します。高温下での熱性能の高い安定性は、電子デバイスが正常な状態で動作することを保証するためにTIMにとって不可欠です。 50°CでのRGO（OOH）のさまざまな質量分率で準備されたままのTIMの熱伝導率を b に示します。 、7日後には目立った劣化は見られず、実用化の有望性を示しています

高い熱伝導率に加えて、準備されたままのTIMを大規模に利用するには、優れた機械的性能が非常に重要です。グラフェンの高い固有の機械的特性は、グラフェンシート間のサイズが比較的大きく、構造が連続しているため、3DGNで保持できます。元のERの極限強度（ひずみ-応力関係）と伸縮限界、および結果のTIMが記録されます（表2にリストされています。採用されたRGOおよび3DGNフィラーの質量分率は両方とも5 wt％です）。 DermaniのグループとZhuのグループからの報告に基づくと、RGOフィラーの表面官能基の存在は、結果として得られるTIMの極限強度と密接に関連しています[29、30]。この研究では、RGO（OOH）-3DGNs-ER複合材料が最高の性能を示し、RGO（OOH）とERの間の化学的接触が他の複合材料よりも強いことを示しています。 RGO（OOH）支援サンプルの極限強度は、他のTIMよりも約10％高くなっています。同様に、その伸縮限界は280％に達し、これは元のERよりもはるかに優れています。したがって、RGO表面のカルボキシル基は、フィラーとマトリックス間のフォノン輸送を促進するブリッジとして機能するだけでなく、これらの官能基に基づく密接な化学的接触により、TIMに優れた機械的性能を与えます。さらに、接着性はTIMのもう1つの重要な特性です。未処理のERとグラフェンで修飾された試験片のヤング率とせん断強度をテストして表3に示します。ご覧のとおり、3DGNs-ERの対応する性能は、界面が不十分なため、元のERよりも劣っています。 3DGNとER間の接着力。同様に、RGO（O）およびRGO（OH）支援サンプルの性能は、以前の報告と一致している（RGOナノシートの凝集のために）ニートERの性能ほど良くありません[31 、32、33]。 Salom et al。の研究によると、過度の凝集を避けるためにRGOフィラーの低質量分率を採用すると、より良い接合強度を達成できます[33]。ただし、グラフェンフィラーの比率が低いと、熱性能が低下します。それどころか、RGO（OOH）-3DGNs-ERの接合強度は、ニートERの接合強度と同等であり、結果として得られる接着強度は、採用されたRGOフィラーの官能基タイプに依存することを示しています。テスト結果に基づいて、ヒドロキシル基とエポキシ基ではなくカルボキシル基が、調製されたままのTIMの機械的特性と接着特性にプラスの効果をもたらします。 RGO（OOH）フィラーは、グラフェン基底面とERの間の界面接触レベルを改善するために重要な役割を果たします。

メソッド

資料

天然黒鉛とアセトンはAladdinCo。、Ltd。から入手しました。ERと硬化剤はSanmu Co. Ltd.（Suzhou、China）から商業的に入手しました。硝酸銀、炭酸カリウム、エタノール、水酸化ナトリウム、五酸化リン、クロロ酢酸、塩酸、過マンガン酸カリウム、過酸化ヒドラジン、および硫酸は、北京化学試薬工場（北京、中国）から購入しました。メチルエチルケトンおよび水酸化ナトリウムは、Shanghai Chemical Reagent Co. Ltd.（Shanghai、China）から入手しました。脱イオン水（抵抗率18MΩcm）を使用して、すべての水溶液を調製しました。

準備

酸化グラフェン（GO）サンプルは、修正されたHummerの方法とZhangの報告されたアプローチによって調製され、主要なグループはそれぞれカルボキシル基とヒドロキシル基です[34、35]。 Hummerの方法と比較したZhangのアプローチの主な違いは、前者に必要な酸化プロセスは1つだけであるということです。簡単に説明すると、1.0gの天然黒鉛を35mLのH ₂ に添加します。 SO ₄ （98 wt％）、続いて1.2 g KMnO ₄ 。懸濁液を72時間撹拌して、H ₂ と完全にかみ合わせます。 SO ₄ インターカレーション。次に、10.0 mLの脱イオン水を加え、温度を70°Cまで加熱します。次に、10.0mLのH ₂ O ₂ （30 wt％）を攪拌プロセス（5時間）で導入します。最後に、遠心分離と洗浄を行ってGOサンプルを取得します。アルコールやヒドラジンを含むさまざまな還元剤を使用して、選択的な官能基を持つGOサンプルを還元します。簡単に説明すると、20mgのGOサンプルを50mLのエチレングリコールに分散させ、60分の超音波処理を行います。次に、激しく攪拌しながら懸濁液を160℃に5時間加熱する。その後の遠心分離プロセスの後、サンプルを脱イオン水で3回洗浄します。最後に、得られたペーストを真空オーブン内で60°Cで乾燥させます（カルボキシル基とヒドロキシル基の両方が保持され、エポキシ基は除去されます）。ヒドラジンの使用に関しては、すべての官能基が選択性なしに除去されます。簡単に説明すると、2mLのヒドラジンを30mLのGO溶液（2 mg mL ^-1 ）に加えます。 ）98°Cで滴下し、4時間保持しました。さらに、水酸化ナトリウムとクロロ酢酸を採用して、設計された官能基でRGOサンプルをさらに制御します[19、24]。 RGO（OOH）：天然黒鉛サンプルは、修正されたHummerの方法で調製され、アルコールで還元されます。 RGO（OH）：天然黒鉛サンプルは、張の方法で調製された後、アルコールで還元されます。 RGO（O）：まず、天然黒鉛サンプルを修正ハマーの方法で調製します。その後、ヒドロキシル基がカルボキシル基に転移します。簡単に説明すると、水酸化ナトリウム（1.2 g）とクロロ酢酸（1.0 g）をRGO懸濁液（30 mL、1 mg mL ^-1 ）に加えます。 ）そして混合物を２時間浴超音波処理する。最後に、中間生成物のカルボキシル基は、Du etal。の報告された方法[36]によって硝酸銀と炭酸カリウムによって除去されます。 TIMの準備については、以前のレポート[14、19]で説明されています。最初のステップでは、RGOサンプルを水に分散させ（リゾチームを添加し、溶液のpH値を10に調整します）[19]、超音波で10分間処理します。次に、十分に分散したRGOサンプルを10分間適度に攪拌しながらERに注ぎます。攪拌後、複合材料を110°Cで2時間硬化させます。 3DGNサンプルは、化学蒸着法[13]によって作成されます。簡単に説明すると、ニッケルフォームをAr（300 sccm）およびH ₂ の下で1100°Cに加熱します。 （150 sccm）20°Cmin ^-1 の雰囲気 基板の粒界を減らすための管状炉での加熱速度。次に、少量のCH ₄ （10 sccm）を2分間導入します。その後、サンプルをAr（300 sccm）およびH ₂ の下で室温まで冷却します。 （200 sccm）雰囲気、冷却速度は1°Cs ^-1 、 それぞれ。 3DGNで修飾されたサンプルの調製については、以前のレポート[10、12、14]で説明されています。手短に言えば、一定量の3DGNを型に入れ、硬化剤を含むエポキシ樹脂を3DGN表面に滴下します。エポキシ樹脂の層を落とした後（3DGNが覆われています）、いくつかの3DGNが再び追加されます。最後に、3DGNとエポキシ樹脂の混合物を110°Cで5時間硬化させます。 3DGNとRGOの同時修飾複合材料の調製は、純粋なERをRGOを添加したERに置き換えることで3DGN修飾サンプルの調製と同様です（RGOの質量分率は5〜20 wt％です）。 RGOサンプルの平均サイズは、超音波処理を追加することで調整できます（0〜12時間）。

特性評価

形態画像は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、５ｋＶで作動するＦＥＩ Ｓｉｒｉｏｎ ２００）によって観察された。ラマンスペクトルは、LabRam-1Bラマンマイクロスペクトロメーターによって532nmで実行されました。 X線光電子分光法（XPS）プロファイルは、RBDでアップグレードされたPHI-5000CESCAシステムで記録されました。レーザーフラッシュ分析（LFA 2000、Linseis、ドイツ）および示差走査熱量測定（Diamond DSC、PerkinElmer）を使用して、複合材料の熱性能を取得しました。準備された複合材料の熱伝導率は、次の式で計算されます。 k = α ∗ ρ ∗ C _P ここで、 k 、α 、ρ 、および C _p 複合材料の熱伝導率、熱拡散係数、密度、比熱をそれぞれ表します。 αのデータ および C _p レーザーフラッシュ分析および示差走査熱量測定から直接検出できます。これらの複合材料の機械的特性は、動的機械熱分析（DMTA、Triton Instrument、英国）機器によって記録されました。ヤング率は、DMTA（Triton Instrument、UK）機器を使用して、デュアルカンチレバー曲げモードで分析されました。準備されたサンプルと元のERの接合強度値は、DMTA（Triton Instrument、UK）機器を使用したASTMD1002-01標準によるシングルラップせん断試験によって抽出されました。簡単に言えば、アルミニウム片（100×25×2mm ³ ）オーバーラップ長が12.5mmのシングルラップせん断ジョイントに組み立てられました。 TIMの厚さは0.2mm±0.04mmに制限され、重なり合うジョイントの寸法は25×12.5mm ² に制御されました。 。接合強度試験の前に、表面処理プロセスを実行して、アルミニウム表面のほこりやグリースを取り除きます[33]。アルミニウム片は、研磨ブラストプロセス、脱脂プロセス（メチルエチルケトンを使用）、およびエッチングプロセス（NaOH溶液（100 g L ^-1 を使用）によって処理されました。 ）60°Cで5分間）

結論

RGOと3DGNを採用して、ERを変更し、結果として得られるTIMの熱性能を向上させました。 RGO表面の官能基の種類を制御することにより、界面接触レベルへの対応する影響が明らかになります。調製されたままのすべてのTIMの中で、凝固プロセス中のカルボキシル基（RGOから）とエポキシ基（ERから）の反応活性が高いため、RGO（OOH）は最高の性能を示します。さらに、RGOフィラーの形態（平均サイズと厚さを含む）も調整され、熱特性がさらに向上します。対応する最適化の後、結果として得られるRGO（OOH）-3DGNs-ERの熱伝導率は6.7 Wm ^-1 に達します。 K ^-1 、元のERより3250％高い。最後に、これらの準備された試験片の機械的特性と接着性がテストされ、RGO（OOH）が添加された複合材料は、フィラーとマトリックスの間に形成された強力な結合により、最高の性能を示します。 Therefore, optimizing the type of the functional group of the RGO filler is a feasible way to enhance the thermal and mechanical properties of the composite TIMs.

略語

3DGNs:

Three-dimensional graphene networks

C _p ：

比熱

DMTA:

Dynamic mechanical thermal analysis

DSC：

示差走査熱量測定

ER:

Epoxy resin

GO：

酸化グラフェン

k ：

熱伝導率

RGO:

Reduced graphene oxide

RGO(O):

The RGO specimen with the epoxy as the primary functional group

RGO(O)-ER:

RGO(O)-modified ER

RGO(OH):

The RGO specimen with the hydroxyl as the primary functional group

RGO(OH)-ER:

RGO(OH)-modified ER

RGO(OOH):

The RGO specimen with the carboxyl as the primary functional group

RGO(OOH)-3DGNs-ER:

RGO(OOH) and 3DGNs co-modified ER

RGO(OOH)-ER:

RGO(OOH)-modified ER

RGO-3DGNs-ER:

RGO and 3DGNs co-modified ER

sccm:

Standard-state cubic centimeter per minute

SEM：

走査型電子顕微鏡

TIMs:

Thermal interface materials

XPS：

X線光電子分光法

α ：

Thermal diffusion coefficient

ρ ：

Density