石墨烯復(fù)合基板的各向異性導(dǎo)熱及其在LED陣列板中的應(yīng)用
一、石墨烯復(fù)合基板的各向異性導(dǎo)熱特性
石墨烯復(fù)合基板因其獨(dú)特的二維晶體結(jié)構(gòu),展現(xiàn)出顯著的各向異性導(dǎo)熱特性。其面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)可高達(dá)1500 W/mK,而厚度方向的導(dǎo)熱系數(shù)僅為5 W/mK。這種懸殊的導(dǎo)熱差異主要?dú)w因于石墨烯的聲子輸運(yùn)特性。
1. 面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)
石墨烯的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)極高,主要得益于其二維晶格中長波長聲子的長平均自由程。這種特性使得石墨烯在面內(nèi)方向能夠高效地傳導(dǎo)熱量,即使在熱輸運(yùn)是擴(kuò)散的情況下,也受樣品尺寸的限制較小。
2. 厚度方向?qū)嵯禂?shù)
相比之下,石墨烯在厚度方向的導(dǎo)熱系數(shù)較低,主要因為聲子在面外方向的散射和界面熱阻較大。研究表明,石墨烯的面外聲子輸運(yùn)通道的熱阻比面內(nèi)通道高30倍。
二、石墨烯復(fù)合基板在LED陣列板中的適用場景
1. 高功率密度LED陣列
在高功率密度的LED陣列中,熱量的快速傳導(dǎo)和均勻分布至關(guān)重要。石墨烯復(fù)合基板的高面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)能夠有效將熱量橫向傳導(dǎo),避免局部過熱,從而延長LED的使用壽命并提高發(fā)光效率。
2. 熱管理優(yōu)化
石墨烯復(fù)合基板的低厚度方向?qū)嵯禂?shù)有助于減少垂直方向的熱量流失,形成高效的散熱路徑。這種特性使得石墨烯復(fù)合基板在LED陣列板中能夠?qū)崿F(xiàn)更好的熱管理。
3. 實際應(yīng)用案例
在實際應(yīng)用中,石墨烯復(fù)合基板已被用于LED燈絲的涂覆,顯著改善了散熱性能。例如,基于石墨烯的散熱器可以提供不同的厚度(從20μm到100μm),導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)3200 W/mK,從而有效降低LED燈的溫度。
石墨烯復(fù)合基板的各向異性導(dǎo)熱特性使其在LED陣列板中具有廣泛的應(yīng)用潛力。其高面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)能夠快速傳導(dǎo)熱量,而低厚度方向?qū)嵯禂?shù)則有助于優(yōu)化熱管理。通過合理設(shè)計和應(yīng)用,石墨烯復(fù)合基板可以顯著提升LED陣列板的散熱性能和可靠性。
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