山西煤化所在三维石墨烯基热界面材料研究方面取得进展

热界面材料（TIM）是电子设备热管理系统的关键部分，而高导热填料是提升其热学性能最重要的部分。近期，中科院煤化所陈成猛团队在新型高导热石墨烯气凝胶/硅橡胶热界面材料研究方面取得进展。先前研究者的工作中，所制备的三维石墨烯导热骨架因为内部大量含氧官能团以及缺陷的存在，严重限制了其本征热导率，因此后期复合的TIM热导率提升系数较为有限。

本团队则开发了一种简单有效的方法，制备了弹性高导热石墨化石墨烯气凝胶/硅橡胶（gGA / SR）复合材料。受焊接的启发，首选通过高温石墨化（2800℃）设计和制备了具有高热导率的3D连续石墨烯骨架。XRD和Raman光谱的结果证实，石墨烯的晶格缺陷通过石墨化得到显著修复且碳原子结晶度得到改善，从而形成了高导热网络；此外，石墨烯片之间的简单的物理范德华力转化为化学共价键的键合，从而获得具有真正3D互联网络的gGA，从而减少界面声子散射，加速热量的传导。这表明石墨化后的石墨烯气凝胶是用于增强先进热管理材料散热性能的有效导热骨架。

对比于传统的真空浸渍法，在定制的浸渍釜中通过控制浸渍的压力所采用的真空/加压交替辅助浸渍法，大幅度提升了硅橡胶在石墨烯气凝胶孔隙中的填充比例，使得gGA / SR复合材料具备中等的弹性和硬度。最值得注意的是，与SR相比，该复合材料的热导率在石墨烯的低负载量（仅0.50wt％）下达到1.26W m ^-1 K ^-1，提升系数高达了448％。即每单位质量石墨烯对于热导率的增强贡献高达896％，远高于已有文献中的报道。高导热性和出色的力学性能赋予了该复合材料应用为TIM的潜能。相关研究成果近期已在线发表在Advanced Materials Interfaces.杂志上 (DOI: 10.1002/admi.201900147)，论文第一作者为硕士研究生张文雅，通讯作者为崔晓钰教授、陈成猛研究员。