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  熱量管理，是決定現代電子、光電子等器件性能和可靠性的決定性因素，電子器件工作時，相當一部分功率損耗轉化為熱的形式，會直接導致電子設備溫度的升高和熱應力的增加，對電子器件的工作可靠性和使用壽命造成嚴重威脅，高性能散熱材料和熱界面材料的研究與開發已經受到科學界和工業界的廣泛關注。

  隨著電子設備的功率和集成度越來越高以及智能和柔性設備的興起，給與其高要求匹配的熱管理材料的研發帶來了新的挑戰。金屬材料的高密度、高剛性、較差的耐腐蝕性以及有限的熱導率(～400 W/m K )限制了其在大功率柔性設備中的應用，因此開發一種輕質、高導熱、耐腐蝕、力學強度和柔韌性優異的新的散熱材料尤為迫切。石墨烯是碳原子以sp²鍵緊密排列成的二維蜂窩狀晶格結構,單層石墨烯的熱導率可達 5300W/(m · K) ,并且有良好的熱穩定性。除此之外, 石墨烯的二維幾何形狀,與基體材料的強耦合及低成本,都使得石墨烯成為散熱的理想材料。目前，宏觀石墨烯薄膜在面內方向的熱導率大多都超過1200 W/(m · K)以上，遠高于傳統的石墨材料和金屬材料，但由于石墨烯層與層之間僅靠弱范德華力耦合，在厚度方向的熱導率比面內低兩個數量級（通常熱導率低于10 W/m K ），遠不能滿足目前的應用要求，限制了石墨烯薄膜在高效散熱材料領域的進一步應用。

圖1 石墨烯薄膜三維傳熱通道示意圖  圖2 折疊次數對石墨烯導熱性的影響

  近期，湖南大學陳小華教授課題組與加拿大滑鐵盧大學的陳忠偉教授合作，通過構建3D互穿石墨烯通道，制備了在面內方向和厚度方向均具有高熱導率的柔性可折疊石墨烯薄膜。以超細高分子纖維為骨架，氧化石墨烯作為成膜物質，通過氧化石墨烯的含氧官能團與高分子纖維的鍵合作用，并借助高溫碳化處理使碳原子重排，相互擴散，結合緊密，結合石墨烯片層表面與高分子存在的晶格匹配關系而產生的“物理鉚合”作用，顯著提高二者之間的界面黏結性，從而使高分子纖維在碳化過程中與成膜的石墨烯“焊接”起來，形成3D互連的微鉸鏈狀結構，石墨烯緊密包覆于纖維表面，獲得結構致密的一體化全碳復合薄膜。這種設計為厚度方向和面內方向的熱輸運提供了石墨烯互穿的高速通路，結合氧化石墨烯和纖維之間的石墨化協同效應，界面熱阻小，從而使薄膜在面內方向和厚度方向兼具高導熱性能，特別是在厚度方向的熱導率取得突破：面內方向熱導率為1428±64 W/m K，厚度方向熱導率為150±7 W/m K，達到金屬水平。此外，復合薄膜不但具有骨架結構獨特的強度高、柔韌性好的特點，而且熱處理過程形成的微孔以及在碳/碳材料表面和內部形成的大量納米褶皺，結合微鉸鏈狀3D結構，賦予碳膜柔韌性和可折疊性。新的石墨烯薄膜散熱材料制備技術路線工藝簡單，原材料來源廣泛，適合工業化生產，可大規模應用在各種可穿戴設備、電子器件、電子設備以及對散熱要求較高的大型裝備領域。

  相關結果發表在Small（DOI: 10.1002/smll.201903315）上。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201903315