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中科院寧波材料所劉小青團隊《Nano Energy》：在熱固性樹脂基碳材料制備上取得新進展

2022-06-16 來源：高分子科技

生物基熱固性樹脂以可再生資源為主要原料，它們的規模化應用是實現熱固性樹脂及復合材料可持續發展的重要手段之一。但是，與石油基熱固性樹脂一樣，它們在固化交聯之后，同樣面臨著難降解、難回收的問題。實現生物基熱固性樹脂的高價值回收利用對當前低碳、環保、可持續性發展具有重要意義。

中科院寧波材料所劉小青研究員基于多年的生物基熱固性樹脂研究經驗（Progress in Polymer Science, 2021, 113, 101353），提出開發生物基材料的本質是為了實現對生物碳的高效利用。基于此，他們利用激光燒蝕的方法，將生物基熱固性樹脂轉化為功能性碳材料（Carbon, 2020, 163, 85-94; Carbon, 2021, 183, 600-611; ACS Nano, 2021, 15, 12, 19490-19502; Carbon Letters, 2022, DOI: 10.1007/s42823-022-00336-8），擬完成從“生物碳”到“生物基樹脂”再到“功能碳”的閉環轉化。

近日，借助激光掃描路徑可控的優勢，該團隊設計制備了圖案化多孔石墨烯并探究了其在熱管理領域的應用。研究表明，通過二次激光處理，石墨烯的質量大幅度提高，同時多孔結構得以保留。填充樹脂后，所制備復合材料的導熱系數可以達到8.2 W/(m·K)，與純樹脂相比提高了近45倍。不僅如此，通過圖案化設計，復合材料的熱量傳遞具有明顯的方向性，并且展現出良好的散熱效果。與其它圖案化石墨烯制備方式相比，激光雕刻技術具有明顯的優勢。

圖1. 圖案化石墨烯及其導熱復合材料

此外，基于石墨烯優異的電熱性能，該團隊還提出通過組合不同的電阻區域來設計圖案化加熱器，其中每個加熱單元的電熱性能可以通過調整激光參數進行定制。這為模擬電子設備中非均勻熱源的真實情況提供了獨特的機會，將有助于散熱系統的設計和開發。以上證實了圖案化石墨烯復合材料在熱管理領域巨大的應用潛力。同時，基于局部、可控的優勢，這種激光加工制造工藝也為多功能結構一體化復合材料的設計和制備開辟了一條途徑。

圖2. 圖案化加熱器

相關成果以“Patterning of thermosetting resins via laser engraving towards efficient thermal management”為題在能源領域Top期刊《Nano Energy》上發表。趙偉偉博士為論文的第一作者，劉小青研究員為通訊聯系人。項目得到了國家萬人計劃，浙江省萬人計劃，國家自然科學基金，浙江省杰出青年基金和寧波市自然科學基金的支持。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522005559

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（責任編輯：xu）

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