碳基二维晶体材料的研究进展

石墨烯是由sp2杂化的碳原子紧密排列而形成的蜂窝状二维层状晶体,具有众多奇异的电子、热、机械及光学等特性和广泛的应用前景.近年来,受到石墨烯研究的启示,新型二维层状晶体如六方氮化硼、过渡金属硫族化合物以及硅烯等受到越来越多的关注,正成为国际学术界的研究热点.本文简明地评述了碳基二维晶体材料研究的历史及现状,特别是石墨烯和硼、氮杂化石墨烯的研究进展,最后对碳基二维新材料的研究发展趋势进行了展望.     

六方氮化硼及其纳米片在催化领域的研究进展

六方氮化硼(h-BN)具有优异的化学和热稳定性、良好的热传导性和很高的机械强度.除了上述性质,二维结构的六方氮化硼纳米片(BNNS)还表现出其他的优势(比表面积大、带隙宽度可调等),因此在一些关键领域有广泛的应用前景.本文对BNNS的制备及六方氮化硼(块体和纳米片)材料在催化领域的应用进行了评述与展望.     

基于SiO2、石墨烯和六方氮化硼异质结构的3-物体体系增强近场热辐射

研究了由块状二氧化硅、单层石墨烯和六方氮化硼薄膜堆叠形成的复合异质结构之间的近场热辐射。在两个半无限大平板结构即2-物体体系的基础上,将单层石墨烯和六方氮化硼复合异质结构的调制器置于两个半无限大平板之间构成三平板结构即3-物体体系,比较其与2-物体体系的近场辐射热流。结果表明,在相同体间距下3-物体体系的热流始终大于2-物体体系的热流,当d=10 nm时差距最大,深入探究发现可以通过调节该体系的相邻平板之间的距离、六方氮化硼薄膜的厚度以及石墨烯化学势来实现对其近场热辐射的调控。     

二维非金属材料光催化降解印染废水的研究进展

自2004年发现二维石墨烯以来,二维非金属材料因其丰富多样的性质受到广泛关注.该类材料具有极高的比表面积,可以作为光催化剂和电催化剂,为开发高效的可见光驱动的光催化材料提供了可能.该文综述了4种新型二维非金属材料:二维石墨烯、二维石墨相氮化碳、二维黑磷和二维氮化硼在光催化降解印染废水中的研究进展,并展望了未来的研究方向.     

二维层状六方氮化硼在芯片散热中的应用

层状六方氮化硼(h-BN)作为典型的二维材料之一,近年来由于其优良的物理化学特性受到广泛关注,本文利用其横向热导率高、绝缘性能好的特点,将其用于功率芯片表面,作为帮助芯片上局部高热流热点横向散热的绝缘保护层.分别将化学气相沉积法制备的单层h-BN薄膜和微米级h-BN颗粒转移到热测试芯片表面,通过加载不同功率,观察h-BN对芯片散热性能的影响.采用电阻-温度曲线法和红外热像仪两种方法对热测试芯片的热点温度进行检测.研究结果表明,h-BN应用到热测试芯片表面,在加载功率约为1W时,可以将芯片热点温度降低3~5℃,从而提高芯片散热效率,并且通过对比发现单层h-BN薄膜表现出更为理想的散热效果.     

硼化氮-石墨烯杂化单原子层电学性质的第一原理

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究二维六方硼化氮片（h-BN） 石墨烯杂化单原子层的电学性质. 结果表明: 三角形h-BN嵌入石墨烯中或三角形石墨烯片嵌入二维h-BN中均会在能带结构导带和价带中间引入带间态, 带间态的形态与杂化方式有关; 半导体性与导体性质可相互转变, 即该杂化结构的电子结构可通过不同杂化形式调制.     

关于以硼砂和氯化铵为原料制备六方氮化硼方法中若干问题的试验探讨

氮化硼是一种广泛应用于近代工业、电子技术、红外、雷达及宇航等方面的新型无机合成材料。各种氮化硼材料或器件,大都是以六方氮化硼为原料经过再加工或再合成而制得。六方氮化硼本身则可通过多种合成方法得到。目前,国内一些工厂的生产经验表明,以硼砂、氯化铵法制备六方氮化硼,原料易得,操作简单,设备也不复杂。可得六方氮化硼产品在高温高压下经催化剂作用转变为立方氮化硼的效果已有报导。但在六方氮化硼的生产中还存在着原材料消耗大,产品质量不稳定等问题。     

单双层石墨烯的制备及电导特性调控

石墨烯二维材料有着优异的物理、化学特性,在多个科学领域展现出广阔的应用前景.采用化学气相沉积方法在Cu-Ni合金表面制备了二维石墨烯薄膜并揭示其生长机制;研究生长时间、温度等对石墨烯覆盖度和晶格质量的影响.通过优化生长条件,成功制备了大面积单层及具有强烈层间耦合作用的AB堆叠双层石墨烯薄膜.进一步运用表面沉积技术在单层石墨烯上构建零维Au团簇和二维Au薄膜,研究其对石墨烯电导特性的影响;并结合第一性原理计算,揭示Au的形态及覆盖度影响石墨烯电导特性的规律.据此制作了石墨烯场效应晶体管器件,通过精确控制Au的覆盖度,实现石墨烯电导类型和载流子浓度的有效调控,拓展了其在微电子领域的应用.     

基于范德华异质结的多功能场效应晶体管制备及性能研究

二维材料范德华异质结的研究推动了新型电子器件的发展.最近基于此类材料的电子器件时有报道，但鲜见同时具备逻辑运算和数据存储功能的电子设备.该研究采用机械剥离等方法，设计和制作了一种基于石墨烯/六方氮化硼/二硫化钼范德华异质结的多功能半浮栅场效应晶体管.研究发现，在单个器件构型中同时成功地实现了场效应管、半浮栅场效应管和二极管功能.而且电学测试结果进一步表明：作为经典的晶体管，它可以用于逻辑运算；作为半浮栅场效应管可用于非易失性存储器，而且保留时间可达10年以上，且其开/关比可达10³;作为二极管用于整流，其整流比可达10³.因此，本工作制备的多功能半浮栅场效应管有望在逻辑运算、数据储存和整流器开关等方面得到广泛应用.     

低维氮化硼纳米材料

低维碳纳米材料的广泛研究,引起了人们对于纳米尺度范围内不同维度的同素异形体材料的极大关注.氮化硼纳米材料具有与碳纳米材料类似的结构,但具有完全不同的性质.不同于金属性和半导体性的碳纳米管,氮化硼纳米管是一种电绝缘体,其带隙不依赖于管子的几何构型,它具有高的热传导率、优异的化学稳定性和良好的机械性能.二维的氮化硼纳米薄膜具有同样的优点.这些独特的性能使得氮化硼纳米管和纳米薄膜在各种潜在的领域,如光电子器件、功能复合材料、储氢,催化等,具有重要的应用前景.本文概述了我们在一维氮化硼纳米管、二维氮化硼纳米薄膜方面的一些理论研究,包括氮化硼纳米管与单层材料的结构、缺陷、化学修饰、气体吸附以及三维氮化硼纳米超结构.     

碳膜材料的热学性能及研究进展

基于碳材料独特的结构,概述了其优异的热学性能以及作为散热材料在电子器件散热领域中的应用。着重介绍了石墨烯膜、碳纳米管膜和石墨膜材料的研究进展,同时阐述了影响碳膜材料热导率的关键结构及其控制方法,最后提出了发展高导热碳基复合材料的研究策略以及面临的挑战。     

高导热石墨烯/萘甲醇复合薄膜的制备及其在LED上的应用

石墨烯由于具有超高的导热性能,在热管理上有着广阔的应用前景。从修复结构缺陷出发,以氧化石墨烯为原料,有机小分子萘甲醇为修复剂,采用蒸发自组装法制备氧化石墨烯/萘甲醇(GO/NMT)复合薄膜,然后经过高温石墨化得到石墨化–石墨烯/萘甲醇(g-GO/NMT)薄膜。通过SEM、FT-IR、XRD、拉曼对制备的复合薄膜进行结构分析,并对其导热性能进行测试,当NMT的添加量为15%时,薄膜热导率达856.476 W/(m·K ),比石墨化–石墨烯(g-GO)薄膜的热导率提高了35%;通过对商用LED灯芯实际散热进行测试,g-GO膜的表面温度高达33.7 ℃,而g-GO/NMT复合膜的温度较低,仅为31.5 ℃。研究结果表明,g-GO/NMT复合膜具有更好的散热性能和更有效的热管理能力。     

LED平板筒灯散热模型研究

为了解决IED平板筒灯散热问题,利用FloEFD建立IED平板筒灯散热模型,分析筒灯壳体上散热肋片的数量对散热情况的影响,对实物LED平板筒灯多点进行了温度测量,并与仿真结果进行了比较。在此基础上,对其结温进了理论计算,保证LED芯片工作在合理的温度范围之内。通过仿真分析表明,所设计的LED平板筒灯具有良好的散热效果。     

中国LED散热技术专利分析

选择"七国两组织"中文专利数据库,采集1985年1月1日至2008年12月31日期间的LED散热技术专利文献,建立专利数据库.再选择广东专利信息服务平台分析系统,分别从专利申请总量、重点专利技术和重点专利持有人等方面,对LED散热技术专利进行了深入的分析,并对比分析了国内外LED散热技术专利现状,提出了发展我国LED散热技术的专利策略.     

基于热传导设计的LED器件散热研究

大功率LED(Light Emitting Diode)散热技术已成为半导体照明产业发展的一项关键技术。本文设计了一种含热导管的LED散热器,分析了工作原理和结构特点。利用热电类比的方法对该散热器的热阻进行了详细的分析,并且推出了散热器总传热系数的方程式,最后通过实验测试了散热器各特征点的温度,验证了该散热结构设计的可行性与正确性。     

石墨烯量子点用于修复石墨烯结构缺陷及其薄膜导热性能研究

为解决GO制备过程中,不可避免引入的石墨烯拓扑结构缺陷对热传递性能的显著影响,研究采用石墨烯量子点(GQDs)作为外部碳源,通过在高温条件下修复石墨烯中的拓扑结构缺陷,制备出了自支撑的石墨化–氧化石墨烯/石墨烯量子点(g-GO/GQDs)散热薄膜。与原始的gGO膜相比,g-GO/GQDs薄膜的面内热导率提高了22.1%,达到739.04 W/(m·K)。通过进一步的薄膜结构分析,发现其热导率的提高可归因于石墨化过程中sp2碳晶格域的恢复和形成。石墨烯导热薄膜的散热性能研究表明,该研究结果可有效提高石墨烯薄膜的散热效果,为制备高性能散热薄膜提供了新思路。     

LED散热体冲压成形尺寸和形状的误差数学模型建立

基于误差反向传播算法,建立发光二极管(LED)散热体冲压成形尺寸和形状误差数学模型.阐述MATLAB神经网络工具箱求解误差数学模型的具体过程.针对某具体LED散热体产品,基于其相关的仿真数据与设计的MATLAB程序,求解出该LED散热体尺寸和形状误差数学模型.验证结果表明:实验的壁厚分布值与文中数学模型预测的壁厚分布值走势整体吻合,局部偏差不大;所建立的LED散热体冲压成形尺寸、形状误差数学模型具有一定的实用性.     

静电植绒法制备石墨微鳞片高导热界面材料

为了制备高导热、低热阻的大面积导热界面材料,使用静电植绒法在高电压静电场下垂直取向石墨微鳞片,取向后的石墨微鳞片阵列在平面方向上呈现无规且紧凑的结构。通过微粉灌注法向石墨微鳞片中填充高密度聚乙烯（HDPE）或聚氨酯微粉,或者通过液态刮涂法填充低黏度硅橡胶前驱体,加热固化后,形成大面积高导热界面材料。导热性能测试结果表明：石墨微鳞片阵列（粒径1 000 μm）与柔性聚氨酯微粉复合形成的导热膜在68.95 kPa和689.5 kPa的压力下测得的垂直方向导热率分别为4.3 W/（m·K）和8.7 W/（m·K）;与柔性硅橡胶复合形成的导热膜在68.95 kPa和344.75 kPa的压力下测得的垂直方向导热率分别为2.0 W/（m·K）和4.1 W/（m·K）;与硬质HDPE微粉复合形成的导热膜由于表面过于粗糙和坚硬,无法测得可靠的导热率。实际散热效果显示,柔性硅橡胶导热膜与石墨纸贴合的散热结构能够将热聚集点的热量快速传递到石墨纸表面,并通过石墨纸层均匀散开。     

基于圆环孔合成射流器的LED前照灯散热控制

采用实验方法明确圆环孔合成射流器的速度分布特征,利用参数化方法获得最佳散热距离,将其与发光二极管(LED)前照灯组合后采用实验方法明确合成射流器对LED前照灯的散热效果。基于大涡模拟对该部件的流场及温度场进行解算,在验证仿真方法有效性的同时明确温度及换热系数的分布规律。采用正交分解法对该部件流场及铝基板表面对流换热系数进行分析,表明壁面对流换热系数的分布特征及合成射流器的散热控制效果主要由流场中的大尺度涡结构所决定。     

LED器件热管理分析方法及其应用

发光二极管(LEDs)是三明治结构的半导体材料。LED芯片是产生光和热量的核心功能器件,但累积的热量会严重影响LED的光学性能。因此,热管理在LED的封装和应用中十分重要。综述了一些现有的热故障。为了有助于进一步理解热管理,介绍了LED封装、热阻网络系统以及传热强化技术,以及通过降低热阻来实现有效温度控制的方法。