浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)高導(dǎo)熱超柔性石墨烯組裝膜

近日，浙江大學(xué)高分子系高超團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種高導(dǎo)熱超柔性石墨烯組裝膜，這一成果解決了宏觀材料高導(dǎo)熱和高柔性不能兼顧的世界性難題，有望在熱管理、新一代柔性電子器件及航空航天等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。文章發(fā)表在《材料》上。

高導(dǎo)熱超柔性石墨烯組裝膜導(dǎo)熱率最高達(dá)到2053W/mK(瓦特/米開(kāi))，接近理想單層石墨烯導(dǎo)熱率的40%，創(chuàng)造宏觀材料導(dǎo)熱率的新紀(jì)錄;同時(shí)該材料由微褶皺化大片石墨烯組裝而成，具有超柔性，可被反復(fù)折疊6000次，承受彎曲十萬(wàn)次。

電子電器工作時(shí)會(huì)發(fā)熱，需要熱管理來(lái)保證其正常運(yùn)行。新一代器件還要求可彎折性。但現(xiàn)有宏觀材料的高導(dǎo)熱和高柔性往往難以兼得。而石墨烯的出現(xiàn)為解決這一矛盾提供了理論上的可能。

據(jù)悉，高超團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了“大片微褶皺”思路：大片石墨烯缺陷少，可實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱率;微褶皺使材料在拉伸彎折時(shí)有足夠的應(yīng)變空間，可確保高柔性。

高超表示，這一新思路實(shí)現(xiàn)起來(lái)倒很簡(jiǎn)便。三步即可完成：大片氧化石墨烯水分散液通過(guò)刮涂成膜；高溫?zé)崽幚?，膜中的含氧官能團(tuán)在高溫下分解，釋放出氣體，同時(shí)隨著溫度的升高，石墨烯缺陷結(jié)構(gòu)逐步修復(fù)，氣體被阻隔在石墨烯膜內(nèi)部，因膨脹形成微氣囊；機(jī)械輥壓成膜，在外加壓力下微氣囊的氣體被排出，形成微褶皺。

研究者還使用了無(wú)碎片的超大片氧化石墨烯作為原料,以降低邊緣聲子逸散。同時(shí)，采用高溫?zé)崽幚?，去除石墨烯表面的官能團(tuán)并修復(fù)石墨烯內(nèi)部孔洞，得到少缺陷的石墨烯結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)變化通過(guò)拉曼、XRD及透射電鏡檢測(cè)進(jìn)行了確證。所得石墨烯膜的熱導(dǎo)率平均值為1900 W/mK，最高值達(dá)到2053 W/mK。

編輯點(diǎn)評(píng)

石墨烯因具備力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和微觀量子等眾多方面的優(yōu)異特性，被譽(yù)為“改變21世紀(jì)”的材料。隨著人類日益增長(zhǎng)的健康消費(fèi)需求，憑借石墨烯的優(yōu)越性能，由石墨烯研發(fā)的越來(lái)越多的新產(chǎn)品將會(huì)廣受市場(chǎng)青睞。