Carbon | 石墨烯在低温下的热管理功能

日本国家先进产业科学技术研究所(AIST)纳米材料研究所Masataka Hasegawa 等研究人员证明了石墨烯在冷冻 TEM 观察中在电子束照射下防止无定形冰升华的作用。相关研究以“Thermal management function of graphene under cryogenic temperature”为题发表在 Carbon 上。

配备电子能量损失谱 (EELS) 的低温透射电子显微镜 (cryo-TEM) 证明了高质量石墨烯的热管理功能，有望在低温下最大限度地提高面内热导率。在低温 TEM 下观察到的无定形冰受到电子束照射, 通过升华逐渐变薄。根据 EELS 厚度测量的时间序列，有石墨烯和没有石墨烯时，冰厚随电子束辐照时间呈指数级递减。石墨烯与冰的直接接触，通过石墨烯有效地消散了冰的热量，显著抑制了升华行为。石墨烯的散热对较薄的冰有效，而对较厚的冰无效。石墨烯上的冰在电子束照射下的寿命延长至 40%左右，与没有石墨烯的冰相比有了很大的改善。石墨烯为低温 TEM 分析中的有效热管理提供了新的途径。

◾ 图文解读

图 1. 热导率的拉曼光谱分析。(a) 使用 Au TEM 栅格光谱采集装置示意图。(b) 拉曼光谱强度 D/G 与每个激发激光功率的比率。(c) G 峰值位置作为激发激光功率的函数。

图2. 通过TEM时间序列观察比较有无双层石墨烯的乙烷在无定形冰上的升华行为，并给出各个体系的示意图。(a)不含双层石墨烯，(b)含双层石墨烯。比例尺为100nm。时间序列观测每0.12秒进行一次。

图 3. (a) 含石墨烯和不含石墨烯的冰的传热和升华行为差异的概念图。(b) EELS 2D 地图集中在 3.0 到 9.5 eV 区域。(c), (d) 没有石墨烯的 240 秒 EELS 检查后的 TEM 图像。(e), (f) 使用石墨烯进行 240 秒 EELS 检查后的 TEM 图像。

图4. 有石墨烯和没有石墨烯的冰的衰变比较。(a)冰厚与电子束曝光时间的关系图。纵轴用半对数表示。(b)由(a)近似指数曲线计算的冰衰减常数与冰厚度的关系。(c)平均寿命与冰厚的关系。所有图中的蓝色和红色图分别显示了添加石墨烯和不添加石墨烯的情况。

◾ 文献信息：

Thermal management function of graphene under cryogenic temperature

Ryuichi Kato, Masami Naya, Naoki Kasahata, Ryosuke Senga, Chikara Sato, Masanori Koshino, Kazu Suenaga, Masataka Hasegawa 

CARBON 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.07.077 

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