热管理科学前沿：羧基石墨烯/聚酰亚胺复合柔性高导热膜

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.08.223

随着高集成化电子设备运行速度和功耗的增大，器件的热量输出急剧上升，对材料的导热性能提出了极高的要求。山东大学王延相研究组，将石墨烯（GN）酸化为羧基石墨烯（GO-COOH），经原位聚合制备羧基石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜（GO-COOH/PI），通过碳化和石墨化得到导热碳膜和石墨膜。研究成果以《Structural evolution and thermal conductivity of flexible graphite films prepared by carboxylic graphene/polyimide》为题发表在Ceramics International杂志上。

聚酰亚胺（PI）的制备过程简单、成本低、碳收率高，且易于控制碳化和石墨化过程，成为最有前途的导热碳膜前体之一。在PI膜中添加无机填料可改善复合膜的机械和热学性能，并同时提高所制备的碳膜和石墨膜的导热性能。

GN/PI复合膜制备的碳膜和石墨膜的性能仅比PI膜有小幅度改善。边缘的羧基使GO-COOH分散性得到改善，与PI膜相比，GO-COOH/PI复合膜有出色的柔韧性、拉伸强度和导热性能，2wt％的GO-COOH/PI复合膜表现出最佳性能。研究表明，GO-COOH可以诱导石墨膜的石墨化，改善薄膜性能，弥补碳化和石墨化过程中石墨膜的缺陷，因此在相同温度下处理可提高石墨膜的完整性和导热率。

GO-COOH/PI复合膜在低温、中温和超高温下都会发生碳化。2wt％GO-COOH/PI复合膜经2500℃处理所得的石墨膜，表面更光滑且相对均匀、无太多褶皱，并且石墨膜的颜色为深灰色，反映出更高程度的石墨化。该石墨膜可以保持整体完整性并可实现一定程度的弯曲，这表明石墨膜的柔韧性得到改善。复合膜所制备石墨膜表现出极好的导热率（760.386 W/m∙K），与PI膜所制备石墨膜相比提高了128％。