УДК 536.2
Оценки эффективного коэффициента теплопроводности
композита с графеновыми включениями
c
○
Г.Н. Кувыркин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
В настоящее время исследованию графена посвящено огромное количество работ.
Подобный интерес оправдан, так как графен — объект, обладающий уникаль-
ными физическими характеристиками: высокой тепло- и электропроводностью,
механической прочностью, чувствительностью электронных характеристик
к сорту и количеству сорбированных молекул и т. п. На основе математической
модели переноса тепловой энергии в композите с анизотропными эллипсоидаль-
ными включениями получены расчетные зависимости для компонент тензора
эффективной теплопроводности композита с одинаково ориентированными вклю-
чениями графена. Приведена расчетная формула для эффективного коэффициента
теплопроводности композита при хаотической пространственной ориентации
графеновых включений. Представленные результаты можно использовать для
прогноза эффективных коэффициентов теплопроводности композитов, модифи-
цированных высокотеплопроводными включениями графена.
Ключевые слова
:
композит, графен, эффективный коэффициент теплопро-
водности.
Введение.
Однослойный графен в виде двумерной структуры, со-
стоящей из правильных шестиугольников с атомами углерода в их
вершинах, обладает уникальными физическими свойствами. Среди
этих свойств следует отметить аномально высокую теплопровод-
ность, превосходящую теплопроводность всех известных материа-
лов [1]. Согласно экспериментальным исследованиям [2, 3] и резуль-
татам математического моделирования [4–6], оценки коэффициента
теплопроводности однослойного графена в его плоскости находятся
в диапазоне
3 500
. . .
5 500
Вт/(м
·
K). Наряду с высокой тепло- и элект-
ропроводностью графен имеет ряд полезных электронных свойств
и высокие упругие характеристики (по экспериментальным данным
модуль упругости графена составляет примерно 1 000 ГПа [7, 8], что
согласуется с результатами математического моделирования с при-
менением методов молекулярной динамики [9], причем выявлено
увеличение модуля упругости по мере роста температуры от 100 до
500 K [10]). Это позволяет рассматривать графен в качестве составной
части перспективных наноматериалов с улучшенными теплофизиче-
скими, электрическими и механическими параметрами, а также для
создания элементов наноэлектронных устройств [1, 11].
1
