诺奖得主在这本国产期刊发表论文！

为了延续摩尔定律，晶体管生产工艺已精细到 5 nm，每平方厘米半导体芯片内可集成数十亿个晶体管。

2020年10月14日，苹果最新发布会上，iPhone12正式问世。据介绍，iPhone12手机采用5 nm制程的A14芯片，可集成11.8亿个晶体管。6核CPU和4核GPU设计，神经引擎达到16核，每秒可进行11万亿次运算。

随着电子元器件和集成电路体积越来越小，工作频率越来越高，工作时会产生大量的热；若热量不能及时传导出去，器件的温度将会急剧升高，进而影响设备的工作效率和使用寿命。

传统散热材料主要有金属、金属氧化物和其它非金属材料，但由于其自身的局限性（如价格昂贵、加工成型复杂、导热率较低等），无法满足现代电子工业的需求。

石墨烯是一层碳原子以sp²杂化轨道组成的二维纳米材料，理论热导率可达3000-5000W/m·K，远高于传统导热材料。此外，基于石墨烯的薄膜材料具有制备工艺简单、柔韧性好等优点，被认为是一种最有前途的电子热扩散材料，引起了国内外科研工作者的广泛关注。

基于此，重庆大学航空航天学院黄培博士、付绍云教授等联合曼彻斯特大学诺奖获得者Kostya S. Novoselov教授以“Graphene Film for Thermal Management: A Review”为题，综述了基于氧化石墨烯制备柔性石墨烯导热薄膜的最新进展，该综述主要围绕石墨烯薄膜的制备、性能以及应用和展望展开。

1. 石墨烯薄膜的制备

虽然石墨烯具有超高的理论热导率，但在实际应用中，往往会有所限制，这主要是因为：

1）其导热性能受其固有结构（如杂质、含氧基团、空位、尺寸等）的影响；

2）当石墨烯堆叠成薄膜时，石墨烯片层的不规则堆叠、层间相互作用等也会显著降低其热导率。

因此，制备石墨烯导热薄膜的步骤主要包括氧化石墨烯成膜、缺陷修复和机械压缩处理。

A. 氧化石墨烯成膜

石墨烯的面内热导率远高于厚度方向，因此，石墨烯的取向度和规整度极大的影响石墨烯薄膜的热导率。目前常用的方法包括：电喷涂、真空抽滤、浸涂法、旋涂法、滴落涂布法、电泳法等。

B. 缺陷修复

氧化石墨烯在制备和成膜过程中会引入大量的缺陷（如空位、含氧基团等），导致其热导率急剧下降，因此需要通过缺陷修复，提高石墨烯的结构完整性。

缺陷修复方法主要有：化学还原、电化学还原、热处理和光热法等。相较其它方法，热处理可以极大提高C/O比，且在高温下可修复石墨烯中的空位，但其存在制备时间长、能耗较高等缺点。

C. 机械压缩

石墨烯薄膜在缺陷修复过程中，C、H等原子会以气体形式释放，产生大量的孔隙，形成蓬松的结构。通过机械压缩可以减少石墨烯薄膜的间隙，提高石墨烯薄膜的密实度。

2. 石墨烯薄膜的性能

A. 导热性能

石墨烯薄膜的面内热导率主要受C/O比、石墨烯尺寸、密实度等因素影响；因此采用高效的缺陷修复方法，提高石墨烯尺寸和薄膜的密度可以提高石墨烯薄膜的面内热导率。

值得注意的是，由于石墨烯薄膜层间作用力很弱，其厚度方向的热导率极低，目前的方法主要是通过增强石墨烯层间相互作用或构建导热骨架来改善。

B. 力学性能

氧化石墨烯薄膜在缺陷修复过程中，含氧等基团被除去，降低了石墨烯层间作用力和薄膜的密度，因此制得的石墨烯薄膜力学降低。通过提高石墨烯薄膜的密实度，增大石墨烯的尺寸，构建层间交联和褶皱结构等方法，可以提高石墨烯的拉伸强度和模量。

3. 石墨烯薄膜的应用和展望

由于石墨烯薄膜的导热率高达600-3200 W/m·K，其在晶体管、集成电路、智能窗户等领域有非常巨大的潜在应用价值。但目前石墨烯薄膜还存在规模制备困难、厚度方向热导率低以及石墨烯薄膜和器件的接触热阻等问题，还需要投入更多的科研精力去研究和克服。

参考文献

Pei Huang, Yao Li, Gang Yang, Zheng-Xin Li, Yuan-Qing Li, Ning Hu, Shao-Yun Fu, Kostya S. Novoselov, Graphene film for thermal management: A review, Nano Materials Science, 2020.

DOI：10.1016/j.nanoms.2020.09.001

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965120300520

关于石墨烯，Nano Materials Science期刊将在Graphene and 2D Alternative Materials专辑中继续报道Kostya S. Novoselov教授的一些进展。同时也包括其他一些二维材料的研究报道。敬请关注！

Invited Papers:

Recent Advances in Graphene and 2D Alternative Materials

Prof. Dr. Kostya S. Novoselov (2010 Nobel Prize winners in physics), National University of Singapore, Singapore; University of Manchester, UK; Chongqing 2D Materials Institute, China

Dr. Pablo Ares, University of Manchester, UK

The effect of rippling on the mechanical properties of graphene

Prof. Dr. Julio Gómez-Herrero, Dr. Cristina Gómez-Navarro, Dr. Guillermo López-Polín, Universidad Autónoma de Madrid, Spain

Emerging properties of amorphous phases of graphene and boron-nitride materials

Prof. Dr. Stephan Roche, ICN2 Barcelona, Spain

Two-dimensional superconductors: future applications and nanofabrication challenges

Dr. Ekaterina Khestanova, ITMO University, Russia

Electrostatic interactions in twisted bilayer graphene and related materials

Prof. Dr. Francisco Guinea, Dr. Tommaso Cea, Dr. Pierre Pantaleón, IMDEA Nanociencia, SpainProf. Dr. Niels Walet, University of Manchester, UK

Biaxial strain tuning on single-layer MoS₂

Dr. Andrés Castellanos-Gómez, ICMM CSIC Madrid, Spain

Room Temperature Synthesis of Two-Dimensional Multilayer Magnets based on α-CoII Layered Hydroxides

Dr. Gonzalo Abellan, Friedrich-Alexander-University of Erlangen-Nürnberg,  Germany; Universidad de Valencia, Spain

First principles study of field effect device through van der Waals and lateral heterostructures of graphene, phosphorene and graphene

Prof. Dr. Gianaurelio Cunniberti, Technische Universit ̈at Dresden, Germany

客座编委

Prof. Dr. Félix Zamora , Universidad Autónoma de Madrid, Spain, E-mail: felix.zamora@uam.es

Dr. Pablo Ares , Universidad Autónoma de Madrid, Spain, E-mail: pableras.ares@gmail.com

Nano Materials Science，2019年3月创刊，由重庆大学主办，香港城市大学吕坚院士任主编，全球21个国家132名知名学者任编委。NMS已正式出版8期，篇均被引7.5次，被66个国家及地区、277个SCIE期刊引用报道，已被DOAJ、INSPEC等收录，获得重庆市出版专项资金资助，获评为中国高校优秀科技期刊、重庆市一级期刊、重庆市高校期刊学术名刊、科爱公司期刊新锐奖。

期刊官网：

http://www.keaipublishing.com/en/journals/nano-materials-science/