对热管理问题来说，在首选方向上高效的热输送是非常有利的。3D打印与二维(2D)材料(如石墨烯、BN等)的结合，为分层排列结构编程提供了无限可能。
有鉴于此，北京大学白树林教授等人，报道了3D打印过程中石墨烯填充热塑性聚氨酯(TPU)复合材料的不对称排列结构的形成。
本文要点
1）提出了一种简便、经济的3D打印方法来制备石墨烯填充的热塑性聚氨酯(TPU)复合材料。在3D打印过程中，由于挤压产生的剪切力以及与基体(或下层)的压缩效应，石墨烯片在厚度方向上倾向于形成不对称的排列结构。SEM，XRD和WAXS结果验证了石墨烯片的排列，在每个挤出的微丝中均显示出平面排列和涡旋排列的分布。
2）当石墨烯含量为45% wt %时，打印出来的垂直排列结构显示出高达12 W m-1 K-1的贯穿面导热系数(TC)，这是水平打印结构的8倍，超过了许多传统的颗粒增强聚合物复合材料。通过合理地调节打印参数可以有效解决空隙和界面问题。
3）优异的TC主要归功于各向异性结构设计，这得益于石墨烯良好的取向度和通过精细控制打印参数实现的多尺度致密结构。有限元法(FEM)证实了各向异性TC设计对高热导复合材料的重要影响。
总之，该工作为开发3D打印石墨烯基聚合物复合材料提供了一种有效的方法，可用于可扩展的热相关应用，如电池热管理、电子封装等。
参考文献：
Haichang Guo, et al. Highly Thermally Conductive 3D Printed Graphene Filled Polymer Composites for Scalable Thermal Management Applications. ACS Nano, 2021.
DOI: 10.1021/acsnano.0c10768
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10768
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