【正文】
是在溝壑上的改性石墨烯片的反射效應(yīng)的影響。石墨烯的改性部分對于我們確定ΔP的值來說是非常重要的,因?yàn)檫@部分形成了一個(gè)向散射片傳熱的二維介質(zhì),并且也減小了到襯底的熱耦合。這種方法可以被拓展到其他改性層中去(如圖d),例如,具有明顯溫度依賴性的拉曼特征組成的石墨烯層。對于具體的MWCNTs,~(T)值是可以被觀測到的,這和塊狀的石墨很相似。其中g(shù)0=π2kB2T/3h ≈ ( 10–9 W K?2)T是熱傳導(dǎo)的通用量子表達(dá)式,并且表示出了每個(gè)聲子模型的最大可能系數(shù);h是普朗克常數(shù)。這個(gè)MWCNTs的實(shí)驗(yàn)性趨勢表明在多壁層中由于聲子和電子的相互作用從而會對K值有影響。我們用從高質(zhì)量的HOPG上剝離的大面積改性石墨烯層來進(jìn)行光熱拉曼測量。我們發(fā)現(xiàn)通過CVD方法制得的改性后的石墨烯的K值在350K時(shí)會超過~2500 MK?1,并且和在500K時(shí)與~1400 MK?1一樣高(實(shí)驗(yàn)的不確定性為~40%)。因?yàn)镵值隨著T而減小,這也就解釋了接近室溫狀態(tài)下的K值在參考117和75之間的不同之處在哪里。這也有助于形成向前的平面熱波,即使這個(gè)層只有部分被改性,它允許得到一個(gè)和石墨烯本身而不是石墨烯或者是基體表面有關(guān)的的數(shù)值。作者通過算出玻爾茲曼方程,從而解出了在室溫下未改性石墨烯的K值為~3000 MK?1。這個(gè)研究假設(shè)了石墨烯/基體表面的熱阻是和SWCNT/基體表面是一樣的,而不是去重新測量其電阻值。光熱拉曼實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了改性的沒有上限的FLG隨著n的增加而減小,接近塊狀石墨的極限(如圖3a)。FLG的薄層(n4)也意味著在它們的群束當(dāng)中(υ⊥= 0)聲子沒有橫向組件,從而導(dǎo)致了底部和頂部邊界的聲子散射比1/τB更弱的數(shù)值。通過不同的n值和不同的形狀來獲得一組高質(zhì)量的無損傷的FLG樣品來說是非常困難的。如圖3b,在n為4到7的塊狀石墨的附近的飽和點(diǎn)K的值。另一組在平面界面的假設(shè)中解得出了玻爾茲曼方程,這一組可以用Tersoff勢能所描述,因此Lennard–Jones勢能模型只能解釋屬于不同層的原子表面的問題。在H≈ 8 nm的石墨層片中它會上升到~1000 MK?1(如圖3c)。相應(yīng)地,和H相關(guān)的K的值和其他那些K被外在因素限制并且正比于H值的材料系統(tǒng)是非常相似的。在超薄DLC中,表面層的相是無序的sp2的相。對2D石墨烯理論描述的性能是和CNTs的結(jié)果是非常相似的。Klemens理論預(yù)言了石墨烯中受翻轉(zhuǎn)限制的K值在層間或者晶粒尺寸上是發(fā)散的。假設(shè)石墨中熱量大部分被縱向聲波(LA)和橫向聲波(TA)所帶走,那么理論和實(shí)驗(yàn)會非常吻合,高出平面的聲子對其的影響是因?yàn)樗鼈兎浅P〉乃俣龋钥梢院雎圆挥?jì)。然而,在2D晶體中所固有的K值卻是呈現(xiàn)對數(shù)發(fā)散的,即K ~ ln(N),在納米尺度為N的一維系統(tǒng)中(N是原子的數(shù)目,0 α 1)呈現(xiàn)冪指數(shù)發(fā)散,即K ~ Nα。由于高階聲子散射,具有非常大的晶格中的本征K值也可以在CNTs和石墨烯中發(fā)現(xiàn)。Klemens因?yàn)槁晫W(xué)聲子的低的速度和大的γ值,而忽略了平面外的聲學(xué)聲子的作用。這個(gè)結(jié)果符合其他的理論,這從數(shù)字上也證實(shí)了K在2D晶格中的非簡諧發(fā)散。在弛豫時(shí)間的結(jié)構(gòu)下的缺陷集中可以讓我們把K的對數(shù)發(fā)散去除掉,并獲得石墨烯的相關(guān)重要結(jié)果。最近的分子動(dòng)力學(xué)研究表明在室溫下方形的石墨烯層的K≈ 8000–10000 MK?1,這個(gè)層是L5nm(參考84)相對于尺寸獨(dú)立的。一個(gè)非常有意思的并具有實(shí)際意義的問題是碳的低維材料——CNTs或者石墨烯——有一個(gè)更高的本征K值。計(jì)算的K(dCNT)是非單調(diào)函數(shù),并給出了在室溫下L=3μm時(shí)~2500MK?1的值。對ZA理論的爭論源于Klemens理論,Klemens理論表明ZA模型有一個(gè)大的γ(參考22,23,61)——γ定義了散射強(qiáng)度——在區(qū)域中心附近有零的群速,這表明它對于熱傳導(dǎo)來說是一個(gè)可以忽略的因素??紤]到幾乎花了一個(gè)世紀(jì)的研究,在傳統(tǒng)半導(dǎo)體中仍然還有關(guān)于LA和TA聲子貢獻(xiàn)的爭論,我們要回答一個(gè)相對的貢獻(xiàn)值的原因可能還需要一點(diǎn)時(shí)間。在T500K時(shí),它們之間的差別變得不是很明顯了,當(dāng)更高的聲子能量出現(xiàn)的很頻繁的時(shí)候,這種現(xiàn)象會更加明顯。%的吸收量在~1 eV的近紅外的條件下觀測到的。 到目前為止,我們只能用拉曼光熱技術(shù)測得最大的KG值。在絕對K值得情況下,石墨烯的拉曼值經(jīng)常會達(dá)到40%。絕大多數(shù)的研究都是用的hC=,這個(gè)數(shù)值是通過碳鍵的長度定義出來的。然而,當(dāng)進(jìn)行石墨和石墨烯的K值得比較的時(shí)候常常有歧義??刂芌B的值對于石墨烯的電子和熱應(yīng)用是非常重要的。 石墨烯和FLG中的熱傳導(dǎo)需要通過不同的技術(shù)來進(jìn)行測量,包括電學(xué)3ω技術(shù)(參照98)、電學(xué)拉曼技術(shù)和光學(xué)的泵——探針技術(shù)。RB隨著溫度的變化隨著Kapitza電阻值典型的變化趨勢時(shí)其值會下降。這就意味著石墨烯對其它材料的熱偶合對界面的粗糙度、石墨烯層間的懸浮區(qū)域的存在或者缺失和石墨烯的制備方法有非常強(qiáng)的依賴性。當(dāng)下的TIMs是基于聚合物或者填充了導(dǎo)熱顆粒,例如銀的潤滑樹脂,這要求填料要有高的體積分?jǐn)?shù)(達(dá)到70%),這樣復(fù)合材料才能達(dá)到~1–5 W mK?1的值。1 wt%的CNT或者石墨烯的填料量的增強(qiáng)效果達(dá)到了超過100%。對于環(huán)氧——石墨烯復(fù)合材料來說,其熱膨脹系數(shù)的變化范圍在~(5–30) 10–5(每1 176。在先進(jìn)TIMs中從液相脫落制得的石墨烯可能會先成功應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中,這需要大量的這種材料。理論也給出了與實(shí)驗(yàn)相符的結(jié)果。雙層石墨烯的TEP的聲子阻力效應(yīng)的理論研究在低的T值條件下揭示了一個(gè)更高的S值(參考123)。理論的研究表明在鋸齒形的石墨烯納米帶中,ZT在室溫下可以達(dá)到~4。石墨烯揭示了一種有趣的熱電效應(yīng)——和高的元素半導(dǎo)體相比,它有一個(gè)很高的S值,并且S的值可以被柵偏壓改變而不用使用催化劑。石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)熱性能對于所有的有前景的電子和光子的應(yīng)用來說是非常有用的。在各種基體上用CVD法制得的石墨烯的進(jìn)展上,使我們有希望能夠更好地控制支持的或者包裹的FLG的熱性能。) 10?6 K–1 ,這個(gè)轉(zhuǎn)換對于單層石墨烯來說是在T≈ 900 K,對于雙層石墨烯來說是在T ≈ 400 K。近期,兩個(gè)相似的研究表明~ or ~(T)值依賴性證明了ZA模式是石墨烯熱傳導(dǎo)的主導(dǎo)因素。高純度的同位素塊狀金剛石和Si的K值可以被提高,這是和它們的原性能相比較的。最終,對石墨烯理論研究的興趣的升溫,也催動(dòng)了人們研究其它碳的同素異形體,包括它們在熱機(jī)理上的研究前景。 Politi, A. 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