Research Progress on Carbon Materials with High Thermal Conductivity
摘 要
介绍了高定向碳材料的导热机理, 主要从制备方法、成本及导热性能等方面综述了近年来金刚石薄膜、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维及其复合材料等高导热碳材料的研究现状和发展趋势, 并展望了其作为热量管理材料的应用前景。
Abstract
The heat conduction mechanism of highly oriented carbon materials was intruduced. The research progress of carbon allotropes such as diamond film, graphite, graphene, carbon nanotubes, carbon fiber and its composite was summarized from preparation method, cost and heat conduction property. And the future development of carbon materials with high thermal conductivity and its application prospect of thermal management materials were also discussed.
中图分类号 TB332
所属栏目 综述
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收稿日期 2012/7/19
修改稿日期 2013/8/12
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备注刘华斌(1978-), 男, 江苏泰州人, 博士。
引用该论文: LIU Hua-bin. Research Progress on Carbon Materials with High Thermal Conductivity[J]. Materials for mechancial engineering, 2013, 37(10): 1~4
刘华斌. 高导热碳材料研究进展[J]. 机械工程材料, 2013, 37(10): 1~4
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参考文献
【1】BOKROS J C. Deposition, structure and properties of pyrolytic carbon[M]// Chemistry and physics of carbon: vol 5. New York: Marcel Dekker, 1969.
【2】PIERSON H O. Handbook of carbon, graphite, diamond and fullerenes: properties, processing and applications[M].USA: Noyes Publication, 1990.
【3】李圣华. 炭和石墨制品[M].北京: 冶金工业出版社, 1983.
【4】赵建国, 李克智, 李贺军, 等. 碳/碳复合材料导热性能的研究[J].航空学报, 2005, 26(4): 501-504.
【5】NAKAMURA K, YAMASHITA S, TOJO T, et al. Single-crystal synthesis of highly thermal conductive12C-enriched diamond from pyrolytic carbon powder by the high-pressure, high temperature method[J].Diamond & Related Materials, 2007, 16: 1765-1769.
【6】李春林, 陈建.多晶金刚石微粉的制备及其得率和耐磨性[J].机械工程材料, 2012, 36(6): 17-19.
【7】何贤昶, 沈荷生, 张志明, 等.CVD金刚石涂层丝和涂层纤维[J].机械工程材料, 2001, 25(9): 1-4.
【8】满卫东.金刚石薄膜[J].新型炭材料, 2002, 17(2): 77.
【9】金曾孙, 姜志刚, 白亦真, 等.直流热阴极PCVD法制备金刚石厚膜[J].新型炭材料, 2002, 17(2): 9-12.
【10】QU Q Y, QIU W Q, ZENG D C, et al. Effects of deposition parameters on microstructure and thermal conductivity of diamond films deposited by DC arc plasma jet chemical vapor deposition[J].Trans Nonferrous Met Soc China, 2009, 19: 131-137.
【11】方梅, 余志明, 肖柱, 等.氧化铍金刚石膜及其导热性能[J].粉末冶金材料科学与工程, 2009, 14(1): 32-35.
【12】胥馨, 佟悦, 刘杨.高导热金刚石膜表面金属化研究[J].高校理科研究, 2010, 16(4): 490-491.
【13】MANTILLA GILART P, YEDRA MARTINEZ A, GONZALEZ BARRIUSO M. Development of PCM/carbon-based composite materials[J].Solar Energy Materials & Solar Cells, 2012, 107: 205-211.
【14】KLEMENS P G, PEDRAZA D F. Thermal conductivity of graphite in the basal plane[J].Carbon, 1994, 32: 735-741.
【15】王海旺, 陈晓红, 宋怀河, 等.高导热石墨材料微观结构与其导热性能的关系研究[J].炭素, 2008(3): 29-33.
【16】李海英, 高晓晴, 张国兵, 等.聚酰亚胺薄膜层叠体热处理过程中的结构演变[J].太原科技大学学报, 2011, 32(4): 277-281.
【17】QIU H P, SONG Y Z, LIU L, et al. Thermal conductivity and microstructure of Ti-doped graphite[J].Carbon, 2003, 41: 973-978.
【18】刘新, 张纪梅.石墨烯的制备与表征[J].辽宁化工, 2013, 42(2): 110-111.
【19】于伟, 谢华清, WANG X W. 氧化石墨烯膜各向异性热传输特性研究[J].工程热物理学报, 2012, 33(9): 1609-1611.
【20】NIKA D L, POKATILOV E P, ASKEROV A S, et al. Phonon thermal conduction in graphene: role of Umklapp and edge roughness scattering[J].Physical Review: B, 2009, 79(15): 155413.
【21】JIANG J W, WANG J S, LI B W. Thermal conductance of graphene and dimerite[J].Physical Review: B, 2009, 79(20): 205418.
【22】ROBERTSON J. Realistic applications of CNTs[J].Materials Today, 2004, 7(10): 46-52.
【23】陈阳, 冯妍卉, 李威, 等.掺杂缺陷对碳纳米管导热系数的影响分析[J].工程热物理学报, 2011, 32(5): 859-862.
【24】BERBER S, KWON Y K, TOMáNEK D. Unusually high thermal conductivity of carbon nanotubes[J].Physical Review Letters, 2000, 84: 4613-4616.
【25】POP E , MANN D, WANG Q, et al. Thermal conductance of an individual single wall carbon nanotube above room temperature[J].Nano Letters, 2006, 6(1): 96-100.
【26】MENSAH S Y, ALLOTEY F K A, NKRUMAH G, et al. High electron thermal conductivity of chiral carbon nanotubes[J].Physica E, 2004, 23: 152-158.
【27】李元伟, 曹炳阳.含内热源碳纳米管的热导率研究[J].工程热物理学报, 2011, 32(12): 2083-2085.
【28】侯泉文, 曹炳阳, 过增元.碳纳米管的热导率: 从弹道到扩散输运[J].物理学报, 2009, 58(11): 7809-7814.
【29】祝春华, 王端阳.碳纳米管材料导热性能的实验研究[J].广东化工, 2007, 34(8): 5-9.
【30】陈传盛, 刘天贵, 陈小华, 等.碳纳米管的表面修饰及其应用[J].机械工程材料, 2007, 31(11): 1-5.
【31】王继芬, 谢华清, 辛忠, 等.辛醇接枝碳纳米管复合相变材料的导热性能研究[J].上海第二工业大学学报, 2010, 27(3): 203-206.
【32】徐化明, 李然, 梁吉.PMMA/定向碳纳米管复合材料导电与导热性能的研究[J].无机化学学报, 2005, 21(9): 1353-1356.
【33】YUEN S M, MA C M, CHIANG C L, et al. Silane-modified MWCNT/PMMA composites-preparation, electrical resistivity, thermal conductivity and thermal stability[J].Compos ites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2007, 38(12): 2527-2535.
【34】李仕通, 彭超义, 邢素丽, 等.导热型碳纤维增强聚合物基复合材料的研究进展[J].材料导报, 2012, 26(7): 79-84.
【35】LI T Q, XU Z H, HU Z J, et al. Application of a high thermal conductivity C/C composite in a heat-redistribution thermal protection system[J].Carbon, 2010, 48: 912-928.
【36】陈强, 张守阳.密度梯度碳/碳复合材料的制备及性能[J].机械工程材料, 2011, 35(8): 51-54.
【37】于澍, 刘根山, 李溪滨, 等. 炭/炭复合材料导热系数影响因素的研究[J].稀有金属材料与工程, 2003, 32(3): 213-215.
【38】WANG J L, GU M, MA W G, et al. Temperature dependence of the thermal conductivity of individual pitch-derived carbon fibers[J].New Carbon Materials, 2008, 23(3): 259-263.
【39】陈洁, 熊翔, 肖鹏.硼酸对炭纤维及C/C 复合材料导热性能的影响[J].中国有色金属学报, 2008, 18(5): 783-788.
【40】刘红林, 金志浩, 郝志彪, 等.低成本炭/炭复合材料的研究进展-化学液相沉积工艺[J].固体火箭技术, 2007, 30(6): 529-533.
【41】FENG Z H, LI T Q, HU Z J, et al. Low cost preparation of high thermal conductivity cabon blocks with ultra-high anisotropy from a commercial graphite paper[J].Carbon, 2012, 50: 3943-3960.
【2】PIERSON H O. Handbook of carbon, graphite, diamond and fullerenes: properties, processing and applications[M].USA: Noyes Publication, 1990.
【3】李圣华. 炭和石墨制品[M].北京: 冶金工业出版社, 1983.
【4】赵建国, 李克智, 李贺军, 等. 碳/碳复合材料导热性能的研究[J].航空学报, 2005, 26(4): 501-504.
【5】NAKAMURA K, YAMASHITA S, TOJO T, et al. Single-crystal synthesis of highly thermal conductive12C-enriched diamond from pyrolytic carbon powder by the high-pressure, high temperature method[J].Diamond & Related Materials, 2007, 16: 1765-1769.
【6】李春林, 陈建.多晶金刚石微粉的制备及其得率和耐磨性[J].机械工程材料, 2012, 36(6): 17-19.
【7】何贤昶, 沈荷生, 张志明, 等.CVD金刚石涂层丝和涂层纤维[J].机械工程材料, 2001, 25(9): 1-4.
【8】满卫东.金刚石薄膜[J].新型炭材料, 2002, 17(2): 77.
【9】金曾孙, 姜志刚, 白亦真, 等.直流热阴极PCVD法制备金刚石厚膜[J].新型炭材料, 2002, 17(2): 9-12.
【10】QU Q Y, QIU W Q, ZENG D C, et al. Effects of deposition parameters on microstructure and thermal conductivity of diamond films deposited by DC arc plasma jet chemical vapor deposition[J].Trans Nonferrous Met Soc China, 2009, 19: 131-137.
【11】方梅, 余志明, 肖柱, 等.氧化铍金刚石膜及其导热性能[J].粉末冶金材料科学与工程, 2009, 14(1): 32-35.
【12】胥馨, 佟悦, 刘杨.高导热金刚石膜表面金属化研究[J].高校理科研究, 2010, 16(4): 490-491.
【13】MANTILLA GILART P, YEDRA MARTINEZ A, GONZALEZ BARRIUSO M. Development of PCM/carbon-based composite materials[J].Solar Energy Materials & Solar Cells, 2012, 107: 205-211.
【14】KLEMENS P G, PEDRAZA D F. Thermal conductivity of graphite in the basal plane[J].Carbon, 1994, 32: 735-741.
【15】王海旺, 陈晓红, 宋怀河, 等.高导热石墨材料微观结构与其导热性能的关系研究[J].炭素, 2008(3): 29-33.
【16】李海英, 高晓晴, 张国兵, 等.聚酰亚胺薄膜层叠体热处理过程中的结构演变[J].太原科技大学学报, 2011, 32(4): 277-281.
【17】QIU H P, SONG Y Z, LIU L, et al. Thermal conductivity and microstructure of Ti-doped graphite[J].Carbon, 2003, 41: 973-978.
【18】刘新, 张纪梅.石墨烯的制备与表征[J].辽宁化工, 2013, 42(2): 110-111.
【19】于伟, 谢华清, WANG X W. 氧化石墨烯膜各向异性热传输特性研究[J].工程热物理学报, 2012, 33(9): 1609-1611.
【20】NIKA D L, POKATILOV E P, ASKEROV A S, et al. Phonon thermal conduction in graphene: role of Umklapp and edge roughness scattering[J].Physical Review: B, 2009, 79(15): 155413.
【21】JIANG J W, WANG J S, LI B W. Thermal conductance of graphene and dimerite[J].Physical Review: B, 2009, 79(20): 205418.
【22】ROBERTSON J. Realistic applications of CNTs[J].Materials Today, 2004, 7(10): 46-52.
【23】陈阳, 冯妍卉, 李威, 等.掺杂缺陷对碳纳米管导热系数的影响分析[J].工程热物理学报, 2011, 32(5): 859-862.
【24】BERBER S, KWON Y K, TOMáNEK D. Unusually high thermal conductivity of carbon nanotubes[J].Physical Review Letters, 2000, 84: 4613-4616.
【25】POP E , MANN D, WANG Q, et al. Thermal conductance of an individual single wall carbon nanotube above room temperature[J].Nano Letters, 2006, 6(1): 96-100.
【26】MENSAH S Y, ALLOTEY F K A, NKRUMAH G, et al. High electron thermal conductivity of chiral carbon nanotubes[J].Physica E, 2004, 23: 152-158.
【27】李元伟, 曹炳阳.含内热源碳纳米管的热导率研究[J].工程热物理学报, 2011, 32(12): 2083-2085.
【28】侯泉文, 曹炳阳, 过增元.碳纳米管的热导率: 从弹道到扩散输运[J].物理学报, 2009, 58(11): 7809-7814.
【29】祝春华, 王端阳.碳纳米管材料导热性能的实验研究[J].广东化工, 2007, 34(8): 5-9.
【30】陈传盛, 刘天贵, 陈小华, 等.碳纳米管的表面修饰及其应用[J].机械工程材料, 2007, 31(11): 1-5.
【31】王继芬, 谢华清, 辛忠, 等.辛醇接枝碳纳米管复合相变材料的导热性能研究[J].上海第二工业大学学报, 2010, 27(3): 203-206.
【32】徐化明, 李然, 梁吉.PMMA/定向碳纳米管复合材料导电与导热性能的研究[J].无机化学学报, 2005, 21(9): 1353-1356.
【33】YUEN S M, MA C M, CHIANG C L, et al. Silane-modified MWCNT/PMMA composites-preparation, electrical resistivity, thermal conductivity and thermal stability[J].Compos ites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2007, 38(12): 2527-2535.
【34】李仕通, 彭超义, 邢素丽, 等.导热型碳纤维增强聚合物基复合材料的研究进展[J].材料导报, 2012, 26(7): 79-84.
【35】LI T Q, XU Z H, HU Z J, et al. Application of a high thermal conductivity C/C composite in a heat-redistribution thermal protection system[J].Carbon, 2010, 48: 912-928.
【36】陈强, 张守阳.密度梯度碳/碳复合材料的制备及性能[J].机械工程材料, 2011, 35(8): 51-54.
【37】于澍, 刘根山, 李溪滨, 等. 炭/炭复合材料导热系数影响因素的研究[J].稀有金属材料与工程, 2003, 32(3): 213-215.
【38】WANG J L, GU M, MA W G, et al. Temperature dependence of the thermal conductivity of individual pitch-derived carbon fibers[J].New Carbon Materials, 2008, 23(3): 259-263.
【39】陈洁, 熊翔, 肖鹏.硼酸对炭纤维及C/C 复合材料导热性能的影响[J].中国有色金属学报, 2008, 18(5): 783-788.
【40】刘红林, 金志浩, 郝志彪, 等.低成本炭/炭复合材料的研究进展-化学液相沉积工艺[J].固体火箭技术, 2007, 30(6): 529-533.
【41】FENG Z H, LI T Q, HU Z J, et al. Low cost preparation of high thermal conductivity cabon blocks with ultra-high anisotropy from a commercial graphite paper[J].Carbon, 2012, 50: 3943-3960.
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