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浙大高超教授课题组研发出高导热超柔性石墨烯膜

作者:          日期:2017-06-10

近日,浙江大学高分子系高超教授团队研发出一种高导热超柔性石墨烯组装膜,导热率最高达到2053W/mK(瓦特/米开),接近理想单层石墨烯导热率的40%,创造宏观材料导热率的新纪录;同时该材料由微褶皱化大片石墨烯组装而成,具有超柔性,可被反复折叠6000次,承受弯曲十万次。

这一最新成果解决了宏观材料高导热和高柔性不能兼顾的世界性难题,有望在高效热管理、新一代柔性电子器件及航空航天等领域获得重要应用。文章Ultrahigh Thermal Conductive yet Superflexible Graphene Films发表在《先进材料》上。

对宏观材料来说,高导热和高柔性正如跷跷板的两极,不可兼得。如目前智能手机通常用作散热膜的石墨膜,导热性不错,但很脆,至多只能承受3次反复折叠。而高超团队研发的新型石墨烯膜可反复折叠6000次,承受弯曲10万多次,其导热性也比石墨膜更理想。

高超团队用巧妙的方法,破解了高导热和高柔性“鱼和熊掌不可兼得”的难题,其诀窍在于创造出大片原子层面的“微褶皱”。“就像我们指关节在弯曲和舒张时皮肤上出现的褶皱一样。”高超教授说,将石墨烯交叠起来后加温,石墨烯膜内部就产生一个个微小的气囊,随后再施加压力把微气囊中的气体排出,丰富密集的微褶皱就形成了。在宏观层面,石墨烯膜的表明仍很光滑。

微小的褶皱为材料在拉伸弯折时提供足够的应变空间,使高柔性成为可能,同时又不在宏观上损害材料的高导热性。这样制备出来的石墨烯膜可以耐受反复折叠、打结、扭曲、被折成千纸鹤等复杂形变。将这种石墨烯膜替代现在市场上的商用石墨膜,应用于手机散热膜上,发现手机CPU处的温度可以控制在33摄氏度以下,相对商用石墨膜降低6摄氏度。


玩游戏的时候手机会变得非常烫。图中,(b)是手机处于待机状态;(c)是使用现在市场上的散热膜时,用手机玩了一阵游戏后的情况,可见最烫处温度可达39度;(d)是同一部手机用新型石墨烯膜作为散热膜的情况,温度明显下降。

人们正在展望下一代可弯曲的电子产品,如可以折叠的智能手机和平板电脑,找到耐弯折的散热材料就显得非常重要。许多航天器同样需要加工过程复杂的散热部件。在这些领域,高超教授团队的新型石墨烯膜都有望发挥重要作用。