盡管導熱石墨烯片在提高聚合物的面內熱導率方面是有效的，但由此產生的納米復合材料通常表現出低的面內熱導率，限制了它們作為熱界面材料的應用。在此，層狀結構的聚酰胺酸鹽/氧化石墨烯 (PAAS/GO) 混合氣凝膠是通過 PAAS/GO 懸浮液的雙向冷凍然后凍干來構建的。隨后，PAAS 單體聚合成聚酰亞胺 (PI)，而 GO 在 300℃ 的熱退火過程中轉化為熱還原氧化石墨烯 (RGO)。在 2800 ℃的最終石墨化將 PI 轉化為具有 RGO 感應效應的石墨化碳，同時，RGO 被熱還原并修復為高質量的石墨烯。最后，首次制備出具有優異平面熱傳導能力的層狀結構石墨烯氣凝膠，其優異的平面熱傳導能力源于其垂直排列和緊密堆疊的高質量石墨烯薄片。在用環氧樹脂進行真空輔助浸漬后，所得的含有 2.30 vol% 石墨烯的環氧樹脂復合材料表現出高達 20.0 W m
-1 K
-1的出色的垂直方向熱導率，是環氧樹脂的100倍，比熱導率提高了4310%，創歷史新高。此外，層狀結構的石墨烯氣凝膠賦予環氧樹脂高斷裂韌性，約為環氧樹脂的 1.71 倍。
Figure 1. (a) LSGA 及其環氧樹脂復合材料的合成示意圖。沿Z軸觀察到的(b)P
9G
1、(c)P8G2、(d)P
7G
3、(e) P
6G
4和(f)P
5G
5的形貌SEM圖；沿 Z 軸觀察到的(g) P
9G
1-2800、(h) P
8G
2-2800、(i)P
7G
3-2800、(j)P
6G
4-2800 和(k) P
5G
5-2800形貌的 SEM 圖像。
Figure 2. (a)LSGAs 表觀密度與 PAAS/GO 懸浮液中 GO 含量的關系圖；插圖顯示了石墨化處理后不同尺寸的 LSGA。(b,c) GO、PI和LSGAs的XRD圖譜。(d)LSGA 的 (002) 衍射角和半高寬與 PAAS/GO 懸浮液中 GO 含量的關系圖。
Figure 3. (a) G
9P
1-2800、(b) G
8P
2-2800、(c) G
7P
3-2800、(d)G
6P
4-2800 和(e)G
5P
5-2800的拉曼映射。(f) LSGA 的平均
I D /
I G值和晶體尺寸與 PAAS/GO 懸浮液中 GO 含量的關系圖。G
6P
4-2800 的(g)TEM 和(h)HRTEM 圖像。
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Figure 4. (a)沿Z方向的熱導率，和(b)石墨烯/環氧樹脂復合材料的特定 TCE。(a)中的數據是其環氧復合材料中的石墨烯含量。(c) GE4、GE4-30%、GE4-50%、GE4-70%三個方向的熱導率比較。(d)復合材料在三個方向上的熱導率隨石墨烯含量的變化曲線。(e)不同溫度下三個方向的GE4-70%的熱導率。(f)GE4-70% Z方向的熱導率與文獻報道的比較。
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Figure 5. (a)環氧樹脂及其復合材料在 75℃同一熱臺上的紅外圖像，表明 GE
4-70%-Z 具有最佳的導熱效率。左欄中的 SEM 圖像顯示了環氧樹脂和復合材料的形態。(b)LED芯片工作時的頂視紅外圖像，表明使用GE4-70%-Z作為TIM時散熱效率更高。(c)數碼照片顯示兩個 LED 芯片與商用硅橡膠和 GE4-70%-Z 作為 TIM 集成。(d)兩個芯片上同一圖中的溫度升高之間的比較，由(b)中的白色虛線圓圈表示。
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Figure 6. (a)環氧樹脂、IGE4、GE4、GE4-30%、GE4-50% 和 GE4-70% 的典型力-位移曲線。(b)環氧樹脂和我們的石墨烯/環氧樹脂復合材料的K IC比較。(c)最大斷裂韌性與裂紋長度的 R 上升曲線。(d) SEM 圖像顯示了直線裂紋擴展。(e-g) SEM 圖像顯示 GE4-70% 的曲折裂紋擴展；(f)和(g)是(e)中所選部分的放大版本。
相關研究工作由北京化工大學Zhong-Zhen Yu和Xiaofeng Li課題組于2022年在線發表于《Nano-Micro Letters》期刊上，原文：3D Lamellar-Structured Graphene Aerogels for Thermal Interface Composites with High Through-Plane Thermal Conductivity and Fracture Toughness。
轉自《石墨烯研究》公眾號
