[NCM综述]上海理工大学杨俊和教授：石墨烯散热薄膜研究进展

随着通讯技术的飞速发展，基站设备的发热量也日趋提高，特别是随着5G技术的逐渐普及，对传统的热管理材料也提出了更高的要求。石墨烯的热导率超过5000 W/(m K)，是目前已知的热导率最高的材料之一。同时，与传统的聚酰亚胺石墨化制备的合成石墨膜相比，石墨烯薄膜兼具优异的柔韧性与机械性能，有望为5G时代高散热需求提供优秀的解决方案。

上海理工大学碳基功能材料团队的杨俊和教授、薛裕华教授以及团队成员李昊亮博士总结了石墨烯薄膜在热管理与散热领域的研究进展，受邀在《新型炭材料》(New Carbon Materials)发表综述 “A review on graphene-based films for heat dissipation”。文中概括综述了近年来通过CVD生长、石墨烯或氧化石墨烯粉体片层组装以及石墨烯与功能材料复合等多种石墨烯薄膜的制备策略，讨论分析了各种方法的优劣势与适用场景的区别。并进一步探讨影响石墨烯基薄膜散热性能的3个重要影响因素：1. 本征结构缺陷。结构缺陷会导致传热过程中声子在缺陷处发生严重的散射现象，从而使石墨烯薄膜的热导率衰减。这些结构缺陷与制备石墨烯的原材料品质相关，另一方面，后续的高温热处理对结构缺陷的修复有重要的影响。2. 石墨烯片层尺寸效应。由于石墨烯片层在堆叠组装过程中会形成大量的缝隙，从而致使声子在片层边界处发生散射，片层边界的数量与石墨烯的片层尺寸相关。若增大片层尺寸，填充并修复片层之间的缝隙，也可以进一步提升石墨烯薄膜的导热性能。3. 片层取向程度及其界面影响。由于石墨烯片层尺寸小，导致组装过程中缺乏足够的力场作用以抑制片层褶皱导致的声子散射问题。在石墨烯薄膜的制备过程中，尽可能减少本征结构缺陷、同时能够增大片层尺寸并提高薄膜内片层的定向程度，对于开发未来高性能石墨烯散热膜至关重要。

图1 石墨烯基薄膜在热管理领域的应用及其影响因素

文章信息

LI Hao-liang, XIAO Shu-ning, YU Hong-liu, XUE Yu-hua, YANG Jun-he. A review of graphene-based films for heat dissipation[J]. NEW CARBON MATERIALS, 2021, 36(5): 897-910.

李昊亮, 肖舒宁, 喻洪流, 薛裕华, 杨俊和. 石墨烯散热薄膜研究进展[J]. 新型炭材料, 2021, 36(5): 897-910.

期刊官网：

http://xxtcl.sxicc.ac.cn

国际版主页：

https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials

研究团队简介

上海理工大学碳基功能材料团队主要成员包括教授4名，副教授8名，师资博士后1名。团队成员多人次入选全国优秀教师、上海市领军人才、上海市千人计划、上海市东方学者、上海市浦江人才等各种人才计划。现有在读博士研究生和硕士研究生70余人。团队先后承担国家973计划专项课题、国家自然科学基金（重点/面上/青年）项目18项，上海市基础研究重点项目、支撑计划项目、人才计划项目等20余项；与宝钢、华谊、上海超碳等企业合作技术开发项目20余项，并建立了稳定的产学研合作关系。主要研究方向包括：(1)新型碳纳米材料的结构设计和制备机理；(2)碳基纳米材料在能源及环境领域的应用研究；(3)自修复石墨烯涂料和石墨烯导热膜。

通讯作者简介

杨俊和教授，博士生导师。上海市材料创新研究院副院长、上海市首批领军人才。长期从事石墨烯等新型炭材料、纳米储能材料与器件和冶金焦炭方向的研究与人才培养工作。先后承担国家和省市项目20多项，其中主持国家自然科学基金项目7项。在Nature  kCommun., EES, Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater. and Carbon等国际知名学术期刊发表SCI 收录研究论文270多篇，论文被引6500多次。申请发明专利130余项，其中PCT专利3项。先后获国家科技进步二等奖、上海市自然学科一等奖等科技成果奖励5项。上海市优秀教学成果一等奖、二等奖等4项教学成果奖。