石墨烯发热原理是什么?适用范围?

　　石墨烯发热原理

　　利用超声和搅拌等方法将石墨烯粉末均匀分散于有机溶剂中，得到浓度为0.05mg/ml～0.5mg/ml的石墨烯溶液，通过抽滤的方法将石墨烯均匀覆盖于有机滤膜或水系滤膜之上，再通过机械剥离、浸泡或有机溶剂溶解的方法将石墨烯薄膜和滤膜分离，得到石墨烯薄膜，在石墨烯薄膜上加上电极，对其施加电压即可产生热量。由于石墨烯独特的二维纳米结构，大的厚径比、高的比表面积的特性，通过以上的制备工艺，使得石墨烯片层之间形成均匀连通的导电网络，在施加较低的电压（1～10V）下即可产生较高的热量。

　　主要是利用了石墨烯高效的传热能力，它的导热系数比铜、铝、铁等金属都要高，仅次于热管，但石墨烯没有像热管那样的工质、吸液芯等，因此可以根据需要制成各种形状，如传热板、传热管，当然也能做成导热膜。

　　

　　LED，用电线连接到带状石墨烯。他们只是把石墨烯放在氯化铜（copper chloride）溶液中，进行观察。LED灯亮了。实际上，他们需要6个石墨烯电路，形成串联，这样就可产生所需的2V，使LED灯发亮，就可以得到这个图片。

　　这里发生情况就是铜离子具有双重正电荷，穿过溶液的速度约每秒300米，因为溶液在室温下的热能量。当离子猛烈撞入石墨烯带时，碰撞会产生足够的能量，使不在原位的电子离开石墨烯。电子有两种选择：可以离开石墨烯带，和铜离子结合，也可以穿过石墨烯，进入电路。

　　原来，流动的电子在石墨烯中更快，超过它穿过溶液的速度，所以电子自然会选择路径，穿过电路。正是这一点点亮了LED灯“释放的电子更倾向于穿过石墨烯表面，而不是进入电解液。设备就是这样产生电压的

　　因此，这个装置产生的能量来自周围环境的热量。他们可以提高电流，只需加热溶液，也可用超声波加快铜离子。只依靠周围热量，就可以使他们的石墨烯电池持续运行20天。但是，还有一个重要的问号。另一个假设是某种化学反应产生电流，就像普通的电池。

　　石墨烯的用途？

　　石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。

　　导热石墨烯的应用

　　导热石墨片（TCGS-S）也称石墨散热片，是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，平面内具有150-1500 W/m-K 范围内的超高导热性能，片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。其分子结构示意图如下：

　　

　　中科院山西煤化所在石墨烯柔性散热体领域今年已取得两项重大进展。日前，该所系统研究了氧化石墨烯薄膜在炭化过程中的导热性能演变机制，并获得高性能热还原氧化石墨烯薄膜。此前他们还与清华大学和中科院金属研究所相关团队成功研制出高导热石墨烯/碳纤维柔性复合薄膜。

　　将纳米石墨烯宏观组装形成薄膜材料，同时保持其纳米效应是石墨烯规模化应用的重要途径。山西煤化所与相关单位通过自组装技术，构建结构/功能一体化的碳/碳复合薄膜。这种全碳薄膜具有类似于钢筋混凝土的多级结构，其厚度在10~200μm之间可控，室温面向热导率高达977W/m·K，拉伸强度超过15MPa。这项研究解决了石墨烯导热应用的难题，是石墨烯领域的一项突破。以氧化石墨烯为前驱体很容易获得薄膜材料，但这种材料需通过热处理才能恢复其导热/导电性能。山西煤化所的研究结果表明，1000℃是薄膜性能转变的关键点，薄膜的性能在该点发生质变。这一发现不仅解决了石墨烯热化学转变的基础科学问题，也为石墨烯导热薄膜的规模化制备提供了依据。

　　石墨烯基薄膜可作为柔性面向散热体材料，满足LED照明、计算机、卫星电路、激光武器、手持终端设备等高功率、高集成度系统的散热需求。这些研究成果为结构/功能一体化的碳/碳复合材料的设计提供了一个全新视角。