RGO dan Jaringan Grafena Tiga Dimensi TIM yang dimodifikasi bersama dengan Kinerja Tinggi
Abstrak
Dengan perkembangan perangkat mikroelektronika, kemampuan disipasi panas yang tidak mencukupi menjadi salah satu hambatan utama untuk miniaturisasi lebih lanjut. Meskipun resin epoksi (ER) berbantuan graphene menunjukkan potensi yang menjanjikan untuk meningkatkan kinerja termal, beberapa keterbatasan nanosheet graphene oxide (RGO) tereduksi dan jaringan graphene tiga dimensi (3DGNs) menghambat peningkatan lebih lanjut dari bahan antarmuka termal (TIMs) yang dihasilkan. ). Dalam studi ini, baik nanosheet RGO dan 3DGN diadopsi sebagai ko-modifier untuk meningkatkan konduktivitas termal ER. 3DGN menyediakan jaringan transpor cepat untuk fonon, sementara kehadiran nanosheet RGO meningkatkan transpor panas pada antarmuka antara bidang basal graphene dan ER. Sinergi dari kedua pengubah ini dicapai dengan memilih proporsi yang tepat dan tingkat reduksi yang dioptimalkan dari nanosheet RGO. Selain itu, stabilitas tinggi dari konduktivitas termal dan sifat mekanik yang baik dari TIM yang dihasilkan menunjukkan prospek aplikasi potensial di bidang praktis.
Latar Belakang
Bahan antarmuka termal berbantuan graphene (TIMs) telah menarik perhatian yang meningkat karena kinerja termal dan mekaniknya yang tinggi [1,2,3,4,5]. Kim dkk. melaporkan bahwa konduktivitas termal yang dihasilkan adalah 1400% lebih tinggi daripada resin epoksi murni (ER), dan kelompok Joen menemukan bahwa pengisi grafena tambahan 10% berat akan menghasilkan konduktivitas termal yang tinggi (~ 2 W/mK) [3, 4] . Namun, mengingat konduktivitas termal teoretis dari bahan unik ini setinggi 5000 W/mK [6], hasil yang dilaporkan masih jauh dari memuaskan. Meskipun graphene diharapkan bertindak sebagai saluran transportasi cepat untuk fonon di TIM selama proses transportasi termal, lembaran RGO berskala nano tidak memiliki struktur berkelanjutan untuk membentuk jaringan transportasi. Selain itu, terlalu banyak antarmuka nanosheet RGO menyebabkan resistensi batas termal total yang tinggi (hamburan Kapitza), yang menghasilkan hamburan fonon yang kuat [7]. Akhirnya, kepadatan cacat yang tinggi dari nanosheet RGO karena proses reduksi oksidasi yang hebat juga menghasilkan sumber ketahanan termal ekstra (memperpendek jalur bebas rata-rata fonon, hamburan Umklapp) [8].
Untuk memberikan permainan penuh pada konduktivitas termal yang tinggi dari graphene yang diadopsi, jaringan graphene tiga dimensi (3DGNs) berkualitas tinggi yang disiapkan dengan metode deposisi uap kimia telah diadopsi untuk hibridisasi dengan ER oleh kelompok kami [7]. Sifat termal dan mekanik yang lebih baik dari 3DGNs-ER (dibandingkan dengan sampel berbasis RGO) memanifestasikan signifikansi fatal dari kepadatan cacat yang rendah dan konstruksi terus menerus dari graphene yang digunakan [9]. Di sisi lain, berasal dari tidak adanya kelompok fungsional permukaan 3DGN, kemacetan, kontak dasar antara 3DGN dan ER (keterbasahan yang buruk dari 3DGN), terungkap dengan penelitian yang sedang berlangsung. Berdasarkan laporan terbaru kami, sejumlah cacat permukaan 3DGN dapat memainkan peran positif untuk meningkatkan kontak antara bidang basal graphene dan matriks [10, 11]. Namun, beberapa proses penyesuaian yang membosankan termasuk CH4 yang tepat aliran dan laju pendinginan substrat yang ketat diperlukan selama prosedur CVD [12]. Oleh karena itu, ide untuk menggabungkan nanosheet RGO dan 3DGN untuk memanfaatkan keunggulannya disajikan secara alami.
Dalam studi ini, nanosheet RGO dan 3DGN diadopsi sebagai pengisi untuk meningkatkan kinerja termal dari ER yang dihasilkan. Fungsi spesifik dari kedua pengubah ini dibahas dan dibuktikan. Di satu sisi, 3DGN menyediakan jaringan transportasi cepat, meningkatkan rata-rata jalur fonon. Di sisi lain, nanosheet RGO pada permukaan 3DGN meningkatkan kontak pada antarmuka bidang basal graphene dan ER secara luar biasa, yang menekan hamburan antarmuka fonon. Peningkatan lebih lanjut dari kinerja termal yang dihasilkan dari sinergi nanosheet RGO dan 3DGN menunjukkan bahwa penggunaan graphene dengan cara pengoptimalan adalah strategi yang berguna untuk menyiapkan TIM berkinerja tinggi.
Metode
Materi
Busa nikel dengan 300 gm
−2
dalam kepadatan areal dan ketebalan 12 mm dibeli dari Haobo Co., Ltd. (Shenzhen, China) dan digunakan sebagai template untuk membuat 3DGN. Etanol, HCl, FeCl3 , dan poli(metil metakrilat) (PMMA, massa molekul rata-rata 996.000, 4% dalam etil laktat) diperoleh secara komersial dari pabrik reagen kimia Beijing (Beijing, Cina). Etil laktat, grafit alam, poli(metil metakrilat), dan aseton diterima dari Aladdin Co., Ltd. Polytetrafluoroethylene (PTFE) dan natrium dodesil benzena sulfonat dibeli dari Huangjiang Co., Ltd. (Dongguan, Cina). ER dan bahan pengawet dibeli dari Sanmu Co. Ltd. (Suzhou, China). Air deionisasi (resistivitas 18 MΩcm) digunakan untuk menyiapkan semua larutan berair.
Persiapan
Persiapan nanosheet RGO dan 3DGN telah dilaporkan oleh kelompok kami [12,13,14], dan detail lebih lanjut disediakan dalam bahan Tambahan. Komposit RGO-3DGNs-ER dibuat dengan metode dua langkah. Pertama, kombinasi nanosheet RGO dan 3DGN dicapai dengan metode hidrotermal sederhana. Sejumlah tertentu nanosheet RGO dan 3DGN ditambahkan ke dalam 50 ml air deionisasi, dan proses ultrasonik selama 30 menit dilakukan. Setelah itu ditambahkan 1 mg natrium dodesil benzena sulfonat, kemudian campuran dipindahkan ke dalam bejana teflon untuk reaksi hidrotermal pada suhu 80 °C selama 6 jam. Kemudian, bahan yang dihasilkan dicuci dengan air deionisasi selama tiga kali, dan nanosheet RGO dimuat di permukaan 3DGN. Kedua, persiapan RGO-3DGNs-ER mirip dengan 3DGNs-ER yang kami laporkan [7]. Secara singkat, sejumlah RGO-3DGN yang disiapkan dimasukkan ke dalam cetakan, dan ER termasuk bahan pengawet dijatuhkan pada permukaan padat. Setelah menjatuhkan lapisan ER, RGO-3DGN ditambahkan lagi. Kedua langkah tersebut diulang sebanyak tiga atau empat kali. ER yang dijatuhkan menembus ke dalam RGO-3DGN berpori dengan efek kapiler. Terakhir, campuran RGO-3DGNs-ER dikeringkan pada 110 °C selama 3 jam.
Karakterisasi
Morfologi TIM diperoleh dengan mikroskop elektron pemindaian (SEM, FEI Sirion 200 pemindaian mikroskop elektron bekerja pada 5 kV) dan mikroskop elektron transmisi (TEM, JEM-2100F, dioperasikan pada tegangan percepatan 20 kV). Hasil mikroskop gaya atom (AFM) direkam dengan Nanoscope IIIa (Instrumen Digital, AS) dan E-Sweep (Seiko, Jepang) dalam mode penyadapan. Pemindaian spektrum Raman direkam oleh mikrospektrometer Raman LabRam-1B pada 532 nm (Horiba Jobin Yvon, Prancis). Pengukuran spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) dilakukan pada sistem ESCA PHI-5000C RBD yang ditingkatkan (Perkin Elmer). Kurva spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) diukur pada sistem IR Prestige-21 (PerkinElmer). Sifat mekanik komposit ini dicatat oleh instrumen Triton DMTA (Triton Instrument, UK). Tg dan modulus penyimpanan diukur pada frekuensi 1 Hz dan laju pemanasan 5 °C min
−1
menurut ASTM1640 dan dianalisis dalam mode tarik. Dimensi sampel adalah 2 × 4 cm. Analisis sinar laser dan kalorimetri pemindaian diferensial digunakan untuk menganalisis kinerja transpor termal dari komposit yang dibuat.
Hasil dan Diskusi
Gambar AFM dan SEM dari nanosheet RGO, 3DGN, RGO-3DGNs, dan RGO-3DGNs-ER yang telah disiapkan, ditunjukkan pada Gambar 1. Ukuran rata-rata nanosheet RGO adalah 400~600 nm (Gbr. 1a), yang sangat rumit dirancang untuk digabungkan dengan 3DGN dengan menyesuaikan prosedur oksidasi dan reduksi. Konstruksi 3D berkelanjutan dari 3DGN dapat dilihat dari Gambar 1b, dan struktur berporinya ditunjukkan dengan jelas. Adapun TIM yang dihasilkan, permukaan halus RGO-ER dapat dilihat dari Gambar 1c, dan tidak adanya pori-pori kecil (dibandingkan dengan ER murni, sisipan Gambar 1c) menunjukkan potensi kinerja termal yang tinggi. Gambar 1d menampilkan morfologi RGO-3DGNs-ER, yang mirip dengan RGO-ER. Struktur 3D dari 3DGN sulit untuk diidentifikasi dalam gambar SEM karena interspace 3D diisi oleh ER. Namun, jaringan transportasi fonon 3D (fungsi 3DGN) masih dipertahankan di TIM, yang telah dibuktikan oleh laporan kami sebelumnya [7]. Lembaran nano RGO di RGO-3DGNs-ER harus dimuat di permukaan 3DGN karena reaksi hidrotermal, yang merupakan prasyarat untuk menjalankan fungsi (meningkatkan keterbasahan antara bidang basal graphene dan ER) dari RGO nanosheets (detail lebih lanjut akan dibahas berikut ini).
Morfologi nanosheet RGO, 3DGN, dan TIM yang dihasilkan. Gambar AFM dan SEM dari nanosheet RGO, 3DGN, RGO-3DGN, dan RGO-3DGNs-ER yang telah disiapkan ditunjukkan pada Gambar. 1. Ukuran rata-rata nanosheet RGO adalah 400~600 nm a , yang dirancang secara rumit untuk digabungkan dengan 3DGN dengan menyesuaikan prosedur oksidasi dan reduksi. Konstruksi 3D berkelanjutan dari 3DGN dapat dilihat dari b , dan struktur berporinya terlihat jelas. Adapun TIM yang dihasilkan, permukaan halus RGO-ER dapat dilihat dari c , dan tidak adanya pori-pori kecil (dibandingkan dengan RE murni, inset c menunjukkan potensi kinerja termal yang tinggi. d Morfologi RGO-3DGNs-ER, yang mirip dengan RGO-ER. Struktur 3D dari 3DGN sulit untuk diidentifikasi dalam gambar SEM karena interspace 3D diisi oleh ER. Namun, jaringan transportasi fonon 3D (fungsi 3DGN) masih dipertahankan di TIM, yang telah dibuktikan oleh laporan kami sebelumnya. Lembaran nano RGO di RGO-3DGNs-ER harus dimuat di permukaan 3DGN karena reaksi hidrotermal, yang merupakan prasyarat untuk menjalankan fungsi (meningkatkan keterbasahan antara bidang basal graphene dan ER) dari RGO nanosheet
Kurva Raman dari nanosheet RGO dan 3DGN yang diadopsi ditunjukkan pada Gambar. 2a. Tiga sinyal utama, puncak G, 2D, dan D, dapat dilihat untuk yang pertama, sedangkan puncak D sulit ditemukan dalam pola yang sesuai dari 3DGN. Adapun bahan seperti grafit, puncak D dibangkitkan dari cacat. Oleh karena itu, profil Raman yang diperoleh menyiratkan kualitas 3DGN yang tinggi [15, 16]. Band G diasosiasikan dengan E2g phonon di pusat zona Brillouin. Selain itu, kepadatan cacat dan ukuran rata-rata nanosheet RGO dapat dihitung dengan rasio intensitas terintegrasi IG /AkuD [15]. Menurut Persamaan. (1) [17],
ukuran rata-rata adalah ~ 500 nm, yang sejalan dengan hasil gambar AFM. Dua jenis cacat termasuk kelompok fungsional dan batas dapat diklasifikasikan untuk nanosheet RGO. Jumlah batas ditentukan oleh ukuran rata-rata nanosheet RGO yang diadopsi, sedangkan jumlah gugus fungsi tergantung pada prosedur reduksi. Rincian lebih lanjut tentang tingkat pengurangan nanosheet RGO oleh spektrum XPS dibahas dalam laporan kami sebelumnya dan bahan tambahan [7, 8]. FTIR yang diperbesar adalah alat yang berguna untuk mengamati ikatan kimia antara berbagai bahan sesuai dengan intensitas dan posisi sinyal yang sesuai. Puncak adsorpsi utama dan kelompok fungsional yang sesuai dari ER ditandai pada Gambar. 2b, dan spektrum nanosheet RGO dan 3DGN juga disajikan. Sinyal serupa di ~ 1600 cm
−1
dan 3000–3700 cm
−1
diinduksi dari getaran kerangka bidang basal graphene dan getaran peregangan O-H dari air yang teradsorpsi [18,19,20]. Perbedaan yang luar biasa antara kedua profil ini adalah adanya puncak tambahan yang jelas pada 1335 cm
−1
timbul dari O=C-OH dapat dilihat hanya untuk nanosheet RGO yang dihasilkan dari gugus fungsi permukaan [21]. Setelah bergabung dengan RE, sinyal O=C–OH menghilang secara mutlak, menunjukkan bahwa karboksil pada permukaan nanosheet RGO bereaksi dengan hidroksil RE untuk membentuk kontak kimia yang dekat, yang berkontribusi pada transpor cepat fonon pada antarmuka. di antara mereka.
Kurva Raman dan FTIR dari berbagai sampel. Kurva Raman dari nanosheet RGO dan 3DGN yang diadopsi ditunjukkan dalam a . Tiga sinyal utama, puncak G, 2D, dan D, dapat dilihat untuk yang pertama, sedangkan puncak D sulit ditemukan dalam pola yang sesuai dari 3DGN. Adapun bahan seperti grafit, puncak D dibangkitkan dari cacat. Oleh karena itu, profil Raman yang diperoleh menyiratkan kualitas 3DGN yang tinggi. Band G diasosiasikan dengan E2g phonon di pusat zona Brillouin. Selain itu, kepadatan cacat dan ukuran rata-rata nanosheet RGO dapat dihitung dengan rasio intensitas terintegrasi IG /AkuD . Setelah dihitung, ukuran rata-ratanya adalah ~ 500 nm, yang sesuai dengan hasil gambar SEM. FTIR yang diperbesar adalah alat yang berguna untuk mengamati ikatan kimia antara berbagai bahan sesuai dengan intensitas dan posisi sinyal yang sesuai. Puncak adsorpsi utama dan gugus fungsi yang sesuai dari RE ditandai dalam b , dan spektrum nanosheet RGO dan 3DGN juga disajikan. Sinyal serupa di ~ 1600 cm
−1
dan 3000–3700 cm
−1
diinduksi dari getaran kerangka bidang basal graphene dan getaran peregangan O-H dari air yang teradsorpsi. Perbedaan yang luar biasa antara kedua profil ini adalah adanya puncak tambahan yang jelas pada 1335 cm
−1
timbul dari O=C-OH hanya dapat dilihat untuk nanosheet RGO yang dihasilkan dari gugus fungsi permukaan. Setelah bergabung dengan RE, sinyal O=C–OH menghilang secara mutlak, menunjukkan bahwa karboksil pada permukaan nanosheet RGO bereaksi dengan hidroksil RE untuk membentuk kontak kimia yang dekat, yang berkontribusi pada transpor cepat fonon pada antarmuka. di antara mereka
Kinerja termal yang sesuai dari berbagai sampel ditunjukkan pada Gambar. 3. Konduktivitas termal ER murni adalah ~ 0.2 W/mK, yang jauh dari persyaratan untuk TIM dalam aplikasi praktis. Dengan peningkatan fraksi massa berbagai pengisi, kinerja termal yang dihasilkan meningkat hampir secara linier (Gbr. 3a). Di dalamnya, nanosheet RGO dan komposit komodifikasi 3DGN menampilkan kinerja terbaik dengan fraksi massa yang identik dibandingkan dengan kasus penggunaan pengisi tunggal ini, dan nilai konduktivitas termal spesifik terkait erat dengan proporsi nanosheet 3DGN dan RGO, menunjukkan a sinergi di antara mereka (Gbr. 3b). Meskipun baik nanosheet RGO dan 3DGN dibentuk dengan lembaran basal graphene, perbedaan dari morfologi kedua pengisi ini dan keadaan kimia atom karbon memberikan fungsi yang berbeda dari mereka di TIM. Di satu sisi, kualitas tinggi dan struktur berkelanjutan dari 3DGN menjadikannya jaringan transportasi cepat yang sangat baik untuk fonon, yang telah dibuktikan dalam laporan kami sebelumnya [8]. Di sisi lain, karena kepadatan cacat yang tinggi dan kurangnya struktur kontinu, kemampuan transportasi fonon pengisi RGO lebih lemah daripada 3DGN [7]. Oleh karena itu, kinerja umum TIM yang dibantu nanosheet RGO tidak sebagus sampel yang mengadopsi 3DGN ini. Namun, kelompok fungsional permukaan dari nanosheet RGO menghasilkan kontak yang lebih baik untuk antarmuka antara bidang basal graphene dan ER, yang dapat dikonfirmasi oleh pengurangan hambatan batas termal. Berdasarkan teori Balandin, konduktivitas termal ER termodifikasi graphene dapat dinyatakan sebagai berikut [22]:
Konduktivitas termal dari komposit yang dihasilkan dengan peningkatan fraksi massa pengisi. Kinerja termal yang sesuai dari berbagai sampel ditunjukkan pada Gambar. 3. Konduktivitas termal ER murni adalah 0,2 W/mK, yang jauh dari persyaratan untuk TIM. Dengan peningkatan fraksi massa berbagai pengisi, kinerja termal yang dihasilkan meningkat hampir secara linier (a ). Di dalamnya, nanosheet RGO dan komposit komodifikasi 3DGN menampilkan kinerja terbaik dengan fraksi massa yang identik dibandingkan dengan kasus penggunaan pengisi tunggal ini, dan nilai konduktivitas termal spesifik terkait erat dengan proporsi nanosheet 3DGN dan RGO, menunjukkan a sinergi di antara mereka (b ). Meskipun baik nanosheet RGO dan 3DGN dibentuk dengan lembaran basal graphene, perbedaan dari morfologi kedua pengisi ini dan keadaan kimia atom karbon memberikan fungsi yang berbeda dari mereka di TIM. Di satu sisi, kualitas tinggi dan struktur berkelanjutan dari 3DGN menjadikannya jaringan transportasi cepat yang sangat baik untuk fonon, yang telah dibuktikan dalam laporan kami sebelumnya. Di sisi lain, karena kepadatan cacat yang tinggi dan kurangnya struktur kontinu, kemampuan pengangkutan fonon pengisi RGO lebih lemah daripada 3DGN
dimana p mewakili persentase volume pengisi graphene dan K , Kg , dan Ke adalah konduktivitas termal dari komposit yang dihasilkan, graphene, dan ER, masing-masing. H dan δ adalah ketebalan graphene dan resistansi batas termal antara graphene dan ER. Setelah perhitungan, serupa δ nilai sampel RGO-ER dan RGO-3DGNs-ER membuktikan bahwa nanosheet RGO yang ditambahkan dimuat pada permukaan 3DGN (Gbr. 4). Berdasarkan temuan kami sebelumnya, δ nilai sampel 3DGNs-ER jauh lebih tinggi daripada RGO-ER karena kontak yang buruk antara 3DGNs dan ER [7, 8]. Gugus fungsi nanosheet RGO menghasilkan kontak yang lebih baik pada antarmuka, yang mengarah ke δ yang lebih kecil dibandingkan dengan sampel 3DGNs-ER. Optimalisasi lebih lanjut pada tingkat reduksi nanosheet RGO yang diadopsi dilakukan, dan rasio atom karbon elemen terhadap atom karbon dari gugus fungsi ~ 1.7 direkomendasikan (detail lebih lanjut disediakan di File tambahan 1:Gambar S1 dan laporan kami sebelumnya [7, 8]).
Menghitung resistansi batas termal dari berbagai sampel. Resistansi batas termal (δ) merupakan parameter penting untuk menentukan kinerja termal yang dihasilkan dari TIM. Berdasarkan teori Balandin, konduktivitas termal ER termodifikasi graphene berhubungan erat dengan nilai . Setelah perhitungan, nilai yang serupa dari sampel RGO-ER dan RGO-3DGNs-ER membuktikan bahwa nanosheet RGO yang ditambahkan dimuat pada permukaan 3DGN (Gbr. 4). Berdasarkan temuan kami sebelumnya, nilai dari sampel 3DGNs-ER jauh lebih tinggi dari RGO-ER karena kontak yang buruk antara 3DGNs dan ER. Gugus fungsi nanosheet RGO menghasilkan kontak yang lebih baik pada antarmuka, yang mengarah ke yang lebih kecil dibandingkan dengan sampel 3DGNs-ER
Untuk mensimulasikan kondisi kerja praktis perangkat elektronik, kinerja TIM yang dihasilkan di bawah suhu tinggi terdeteksi (Gbr. 5a). Dengan peningkatan suhu, konduktivitas termal dari semua TIM menurun karena hamburan Umklapp yang ditingkatkan. Meskipun hamburan batas Kapitza berkurang pada saat yang sama (probabilitas fonon melintasi antarmuka sebanding dengan \( \sim {e}^{\frac{-E}{KT}} \)), penurunan tersebut tidak dapat memperbaiki peningkatan yang sesuai dari hamburan Umklapp, yang mengarah ke seluruh penurunan konduktivitas termal. Dibandingkan dengan sampel yang dibantu 3DGN, stabilitas konduktivitas termal dari komposit nanosheet RGO yang ditambahkan di bawah suhu tinggi lebih baik karena hamburan batas Kapitza yang lebih sensitif (sebagai akibat dari lebih banyak batas nanosheet RGO). Selain itu, tidak ada degradasi nyata yang dapat ditemukan untuk kinerja termal sampel RGO-3DGNs-ER setelah 240 jam kerja terus menerus (Gbr. 5b), yang menunjukkan potensi prospek yang menjanjikan dari TIM ini. Stabilitas ER murni selama waktu kerja yang lama juga dicatat pada Gambar 5b. Stabilitas yang serupa dari ER murni dan komposit yang dihasilkan (semua degradasi konduktivitas termalnya kurang dari 10%) menunjukkan bahwa tidak ada pengaruh signifikan pada stabilitas termal yang dapat ditemukan setelah menambahkan pengisi.
Menghitung resistansi batas termal dari berbagai sampel. Untuk mensimulasikan kondisi kerja praktis perangkat elektronik, kinerja TIM yang dihasilkan di bawah suhu tinggi terdeteksi (a ). Dengan peningkatan suhu, konduktivitas termal dari semua TIM menurun karena hamburan Umklapp yang ditingkatkan. Meskipun hamburan batas Kapitza berkurang pada saat yang sama (probabilitas fonon melintasi antarmuka sebanding dengan \( \sim {e}^{\frac{-E}{KT}} \)), penurunan tersebut tidak dapat memperbaiki peningkatan yang sesuai dari hamburan Umklapp, yang mengarah ke seluruh penurunan konduktivitas termal. Dibandingkan dengan sampel yang dibantu 3DGN, stabilitas konduktivitas termal dari komposit nanosheet RGO yang ditambahkan di bawah suhu tinggi lebih baik karena hamburan batas Kapitza yang lebih sensitif (sebagai hasil dari lebih banyak batas nanosheet RGO). Selain itu, tidak ada degradasi nyata yang dapat ditemukan untuk kinerja termal sampel RGO-3DGNs-ER setelah 240 jam kerja terus menerus (b ), menunjukkan potensi prospek yang menjanjikan dari TIM ini. Stabilitas ER murni selama waktu kerja yang lama juga dicatat dalam b . Stabilitas yang serupa dari ER murni dan komposit yang dihasilkan (semua degradasi konduktivitas termalnya kurang dari 10%) menunjukkan bahwa tidak ada pengaruh signifikan pada stabilitas termal yang dapat ditemukan setelah menambahkan pengisi
Terakhir, sifat mekanik TIM ini juga dicatat. Performa terkait termasuk kekuatan pamungkas dan batas peregangannya tercantum dalam File tambahan 1:Tabel S1. Baik sampel 3DGNs-ER dan RGO-3DGNs-ER menampilkan kekuatan mekanik yang tinggi karena struktur 3D berkelanjutan dari 3DGN bermanfaat untuk menjaga sifat mekanik intrinsik graphene yang luar biasa. Setelah membandingkan kinerja sampel 3DGNs-ER dan RGO-3DGNs-ER, dapat disimpulkan lagi bahwa nanosheet RGO dimuat pada permukaan 3DGN daripada tersebar di matriks ER karena pengaruh dari nanosheet RGO yang ditambahkan dapat diabaikan.
Kesimpulan
Lembar nano RGO dan ER yang dimodifikasi bersama 3DGN telah disiapkan untuk mempersiapkan TIM. Keuntungan dari nanosheet RGO dan 3DGN dapat memberikan permainan penuh untuk memuat nanosheet RGO pada permukaan 3DGN (melalui proses hidrotermal) daripada menyebar dalam matriks ER. Kehadiran 3DGN tidak hanya menyediakan jaringan transportasi cepat untuk fonon tetapi juga bertindak sebagai perancah untuk nanosheet RGO. Di sisi lain, kelompok fungsional permukaan nanosheet RGO meningkatkan kontak dekat antara bidang basal graphene dan ER pada antarmuka mereka, yang mengimbangi keterbasahan yang buruk dari 3DGN. Oleh karena itu, kinerja termal dari TIM yang dihasilkan ditingkatkan secara signifikan (konduktivitas termal yang tinggi ~ 4,6 W/mK dicapai ketika 9 wt% 3DGN dan 1 wt% RGO nanosheet ditambahkan, yang 10 dan 36% lebih tinggi daripada kasus-kasus dari 10 wt% 3DGNs dan 10 wt% RGO nanosheet menambahkan sampel), dan stabilitas yang baik dari kinerja termal dari TIM yang dihasilkan terungkap di bawah suhu tinggi (pada 100 °C, penurunan konduktivitas termal kurang dari 25%). Selain itu, sifat mekanik yang sangat baik termasuk kekuatan ultimit tinggi dan batas peregangan menunjukkan prospek potensial yang menjanjikan dari TIM yang disajikan.
