我们对非共价功能化技术改善石墨烯/聚丙烯(PP)界面的热传递进行了数值评估。结果表明其能显著提高石墨烯/聚丙烯(PP)的界面导热性(ITC)，其增强程度取决于石墨烯的表面功能化程度。我们发现了一些奇妙的现象，功能化分子的直链烷烃链的链长显著影响ITC的增强。进一步研究了石墨烯层数的影响。ITC随层数的增加而减小。非共价功能化对多层石墨烯仍有积极作用。振动态密度(VDOS)分析表明，非共价功能化处理会使石墨烯的声子分布变宽，声子峰值高度随层数的增加而降低。这有助于实际热管理应用中操纵石墨烯/聚丙烯的ITC的详细理解。
图1. 结构模型示意图:(a) 1-pyrenylbutyl(C4-Prene) (b) 1-pyrenylbutanol(c) 1-pyrenylbutyric acid(d) C8-Prene (e)石墨烯吸附功能化分子模型(f) C12-Prene (g)复合结构模型(橙色球代表石墨烯中的碳原子，绿色球代表聚丙烯中的碳原子和官能团分子，蓝色球代表氢原子，红色球代表氧原子)。
图2. (a) RNEMD方法得到的复合材料界面结构的稳态温度分布(b) PP的比容随温度的Tg估计(c)不同表面功能化程度下的ITC。
图3. (a)单层原始石墨烯的集成和分解VDOS (b) PP、原始石墨烯和1-pyrenylbutyl功能化石墨烯的VDOS(c) 1-pyrenylbutyl功能化石墨烯的集成和分解VDOS (d)各种功能分子功能化石墨烯的VDOS。
图4. (a)不同功能化覆盖率的不同类型功能分子的声子匹配率;(b)石墨烯吸附不同链长的芘衍生物功能分子的ITC和声子匹配度;(c) PP、原始石墨烯和被链长为8的芘衍生物功能分子功能化的石墨烯的VDOS;(d)不同链长芘衍生物的功能分子功能化石墨烯的VDOS。
图5. (a)复合结构由三层石墨烯、功能分子和聚合物组成;(b)温度梯度稳定;(c)不同层的ITC和声子匹配度(插图为相应声子匹配度)。
图6. 不同层数功能化石墨烯的VDOS比较(a)两层功能化石墨烯;(b)三层功能化石墨烯;(c)四层功能化石墨烯;(d)五层功能化石墨烯。
相关研究成果由江苏大学机械工程学院Xinying Xu等人于2023年发表在Physics Letters A (https://doi.org/10.1016/j.physleta.2023.128766)上。原文：Building efficient thermal transport at graphene/polypropylene interfaces by non-covalent functionalized graphene。
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