中國粉體網(wǎng)訊  近日，北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院于中振教授、李曉鋒教授和劉驥教授合作在《Advanced Functional Materials》雜志發(fā)表了題為“Densifying Conduction Networks of Vertically Aligned Carbon Fiber Arrays with Secondary Graphene Networks for Highly Thermally Conductive Polymer Composites”的研究論文。該研究通過構(gòu)建一種致密的互連填料框架，將垂直碳纖維陣列與高質(zhì)量自組裝石墨烯網(wǎng)絡(luò)焊接，實現(xiàn)了超高導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備，為復(fù)雜環(huán)境下的熱界面愈合及多功能熱管理應(yīng)用提供了新解決方案。

隨著現(xiàn)代電子元器件朝著集成化、微型化和智能化的方向發(fā)展，電子設(shè)備的散熱問題成為阻礙微電子領(lǐng)域發(fā)展的一個瓶頸。如何將電子元器件所產(chǎn)生的熱量及時排出，已經(jīng)成為微電子產(chǎn)品系統(tǒng)組裝領(lǐng)域的一個重要研究課題，通常的解決方法是在電子元器件和散熱裝置之間引入高導(dǎo)熱材料。其中，聚合物基復(fù)合材料以其質(zhì)量輕、絕緣性好、機(jī)械強(qiáng)度高等諸多優(yōu)點而受到人們的廣泛關(guān)注。

聚合物導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能主要由導(dǎo)熱填料決定，普通填料制備的聚合物導(dǎo)熱復(fù)合材料由于聲子散射及填料-填料、填料-基質(zhì)界面熱阻的影響，其熱導(dǎo)率通常遠(yuǎn)低于金屬，實現(xiàn)超過200W/（m·K）的高熱導(dǎo)率仍面臨挑戰(zhàn)。

碳系填料大多具有極高的導(dǎo)熱能力，可以在很小的添加量下能明顯提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)，并且比其他導(dǎo)熱填料具有更輕的質(zhì)量。如石墨烯理論熱導(dǎo)率高達(dá) 5000W/（m·K），石墨烯纖維和石墨烯紙的熱導(dǎo)率分別高達(dá)1290W/（m·K）和 1400W/（m·K），因此石墨烯及其復(fù)合材料成為富有前景的導(dǎo)熱材料。

（a） 示意圖展示了垂直排列的G/CF多孔框架及其環(huán)氧復(fù)合材料的制備過程；（b） G/CF框架的頂視圖和側(cè)視圖結(jié)構(gòu)的示意圖；（c）5G/CF/EP復(fù)合材料頂面和截面的XRD圖譜（插圖顯示了入射X射線的方向）；（d、e）2RGO/CF框架的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；（f、g） 5RGO/CF框架的SEM圖像；（h、i） 8RGO/CF框架的SEM圖像，以及（j、k）5G/CF/EP復(fù)合材料的SEM圖像。

針對碳纖維及石墨烯在導(dǎo)熱復(fù)合材料中的應(yīng)用，北京化工大學(xué)的研究團(tuán)隊提出了一種高效策略：利用中間相瀝青基碳纖維陣列與自組裝石墨烯網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，構(gòu)建致密的互連填料框架，以顯著提升復(fù)合材料導(dǎo)熱性能。其中垂直排列的連續(xù)導(dǎo)熱纖維陣列作為主要的垂直導(dǎo)熱路徑，最大限度地減少聲子散射和界面熱阻。同時，自組裝石墨烯次級網(wǎng)絡(luò)在導(dǎo)熱纖維之間形成高質(zhì)量連接，構(gòu)建更致密的熱傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，并提供額外導(dǎo)熱通路。

實驗結(jié)果顯示，在23.3%填充量下，該環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的垂直導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到262 W/（m·K）。作為熱界面材料使用時，其冷卻效率比商用標(biāo)準(zhǔn)材料提升68.2%。此外，該材料還具備優(yōu)異的焦耳加熱和界面粘附性能，適用于復(fù)雜環(huán)境下的熱界面愈合和多功能熱管理。

參考來源：北京化工大學(xué)

（中國粉體網(wǎng)/山川）

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