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11.04.2020 | Original Research | Ausgabe 9/2020

Cellulose 9/2020

Sandwich structured RGO/CNF/RGO composite films for superior mechanical and thermally conductive properties

Zeitschrift:
Cellulose > Ausgabe 9/2020
Autoren:
Bo Shan, Yuzhu Xiong, Yihang Li, Hang Yang, Yuanfu Chen
Wichtige Hinweise

Publisher's Note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Abstract

It is urgent and significant to develop a thermal interface material (TIM) with both high thermal conductivity and excellent mechanical strength for high-performance electronic devices. For the first time, we designed and fabricated a sandwich structured TIM, constructed by a cellulose nanofiber (CNF) core layer sandwiched by reduced graphene oxide (rGO) shell, with copper ions as a crosslinker, via a facile and scalable vacuum filtration process. The continuous rGO layers on the surface of the composite provided a good thermal conductive pathway for the composite films. The thermal conductivity of the sandwiched films with 8.0 wt% rGO reached 29.5 W/mK, which is over eight times than the CNF films, and realized an ultrafast thermal diffusion time at 73 ms. The sandwich structure combined with the cross-linker of copper ions also plays a synergistic role in construct mechanical strength. Compared to the CNF, the tensile strength of the sandwiched films with 8.0 wt% rGO unprecedentedly reached 314 MPa (nearly three times of bare CNF films), and the elongation increased 63%. In addition, the films also shows high water stability and excellent flexibility, which makes it a very promising for advanced flexible or wearable electronics. This work provides a new insight in rational structure design and novel scalable fabrication strategy to develop TIM with outstanding mechanical strength and thermal conductivity.

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