成果简介
高导热碳纤维材料目前正成为一种重要的高效热量耗散材料，目前人们只能在特定沥青基碳纤维材料中实现高晶化度，在沥青基之外的碳纤维材料难以实现高石墨晶化度和比沥青基碳纤维的导热性更好的材料。本文，浙江大学高超、刘英军、许震、上海交通大学国凤林等研究人员在《Adv Mater》期刊发表名为“Two-dimensional Topology-Seeded Graphitization for Highly Thermally Conductive Carbon Fibers”的论文，研究提出一种2D种子拓扑石墨化方法，将2D石墨烯纳米片氧化物晶种组装在PAN前驱体中，实现调节和缓解石墨化过程中的拓扑不相容性。这种方法实现了强机械力学强度和高达850 W/mK的导热率，这种性能比市售PAN碳纳米纤维材料的导热性提高一个数量级。通过自氧化方式和晶种石墨化效应，实现了大晶粒尺寸和高取向性，比现有的碳纤维材料更加优异。通过实验和理论计算模拟验证，这种拓扑晶种石墨化方法通过引入2D晶种实现了将非石墨转变为石墨化材料。
图文导读
图1。a） 通过1D常规石墨化路线的内部石墨晶体结构示意图。石墨盘上p-pf和g-pf的相应光学和HR-TEM图像显示出类似的无序结构。b） 通过2D拓扑种子石墨化策略的内部石墨晶体结构示意图。对应的光学和HR TEM图像显示了高结晶度石墨上的P-PGOF（30%GO籽晶）和G-PGF（30%GO籽晶）c） CW的整体机械性能和导电性能采用2D拓扑种子石墨化策略（G-PGF，红线）、纯Pan基CFS（gle线）和最佳沥青基CFS（K1100，灰线）4a。d） PGF和其他传统Pan基CFSL的热导率与晶体尺寸的关系。
图2。a）PGF、Pan基CFS拉伸强度与杨氏模量的阿什比图。沥青基碳纤维和其他GO/聚合物复合碳纤维。b）G-PGF（30%GO种子）、Pan基CFS和沥青基CFSA热导率与电导率的Ashby图，a，6b）G-PGF30 GO种子的热导率和电导率通过稳态电加热法和标准四探针法测量。c）G-PGF30%GO籽晶与其他金属纤维的比热导率比较。
文献：https://doi.org/10.1002/adma.202201867
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