Cellulose nanofiber grafting and aluminum nitride deposition on the surface of expanded graphite to improve the thermal conductivity and mechanical properties of phase change material composites

材料科学 复合材料 热导率 热重分析 相变材料 差示扫描量热法 氮化硼 石墨 化学工程 热的 热力学 物理 工程类 气象学
作者
Wondu Lee,Jooheon Kim
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier BV]
卷期号:230: 109526-109526 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2021.109526
摘要

Phase change material (PCM) composites have attracted much attention as thermal energy storage devices for thermal management because of their high latent heat. However, the intrinsically low thermal conductivity of PCMs hinders the efficient thermal management of these devices. In this study, novel cellulose nanofibers (CNFs) grafting onto an expanded graphite (EG) and aluminum nitride (AlN) covering were carried out to prepare novel thermally conductive PCM composites, analyzed in detail using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectra, X-ray diffraction (XRD) patterns, field-emission scanning electron microscopy (FE–SEM), differential scanning calorimetry (DSC), and thermogravimetric analysis (TGA). The composites exhibited ultra-high through-plane thermal conductivity of 3.39 W/mK and latent heat of 136 J/g, and the tensile strength increased by 402% compared with pure erythritol. The resulting erythritol/EG–CNF/AlN composites enable efficient thermal management because they save and dissipate heat due to the high latent heat and thermal conductivity. Moreover, the composite was insulated by nano-size AlN covered on the surface and pores of the EG structure. The proposed PCM composites are promising candidates for developing superior thermally conductive PCM composites and advanced electronic packaging.
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