Krachtige 3D-geprinte grafeencomposieten ontwikkeld voor efficiënte ijsregeling

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Wang Zhenyang bij de Hefei Institutes of Physical Science of the Chinese Academy of Sciences heeft een nieuwe 3D-geprinte grafeen/polymeer dubbellaagse composiet ontwikkeld met een hoge anisotrope thermische geleidbaarheid.

De doorbraak biedt verbeterde fotothermische en elektrothermische prestaties voor geavanceerde ijsbeheersingstoepassingen. Het onderzoek werd gepubliceerd in Koolstof en de Chemical Engineering Journal.

Grafeen staat bekend om zijn uitstekende thermische en elektrische geleidbaarheid, met name zijn sterke anisotropie-hoge geleidbaarheid in het vlak en veel lagere door het vlak geleidbaarheid.

Om te profiteren van deze eigenschap, gebruikten de onderzoekers dual-nozles-fused depositie modellering (FDM) 3D-printen om grafeen directioneel grafeen uit te lijnen binnen een thermoplastische polyurethaan (TPU) matrix. De resulterende composiet met dubbele laag, bestaande uit grafeenversterkte TPU (G-TPU) en nette TPU (N-TPU), bereikte een thermische geleidbaarheid in het vlak van 4,54 W/(M · K), met een anisotrope verhouding van ongeveer 8.

Verdere prestatieverbetering werd bereikt door laser-geïnduceerde oppervlakte-engineering. De laserbehandeling bewaarde grafeenuitlijning, stelde het geleidende netwerk bloot en creëerde een gecarboniseerde TPU -laag, waardoor zowel thermische als elektrische anisotropie werd verbeterd.

De anisotrope thermische geleidbaarheidsverhouding nam toe tot 9,1 en de anisotrope elektrische weerstandsverhouding verbeterde meer dan een orde van grootte. Bovendien vertoonde het met laser behandelde oppervlak verbeterde hydrofobiciteit en lichtabsorptie, waardoor fotothermische conversie-efficiëntie werd verhoogd.

Dit werk biedt een schaalbare strategie voor het fabriceren van krachtige materialen voor anti-/de-ijssystemen, volgens het team.