成果简介
热传导通道的形成是满足多功能热管理需求的关键。然而，要在单一步骤中构建三维（3D）热桥具有挑战性，并且需要多种填料的关键共分散。本文，陕西科技大学Haojie Song等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Advancing multifunctional thermal management with multistate graphene/CNTs conjugated hybrids”的论文，研究提出了一种简单可控的方法，通过水热离心法将一维碳纳米管（CNT）与二维石墨烯组装成共轭混合物。除了通过共轭效应铠装碳纳米管外，离子液晶（ILC）还能帮助碳纳米管剥离石墨，促进二元材料的共分散。
值得注意的是，由此产生的石墨烯/碳纳米管（GC）混合物从 ILC 中获得了亲水性，并根据含水量的不同表现出不同的状态，包括章鱼状块体、自限凝胶、高浓度泥浆和稀释分散体。含有 ANF 纳米纤维的混合纳米复合纸具有三维导热桥，具有优异的光热转换性能和焦耳热性能，适用于柔性可穿戴应用。本文介绍的多态GC混合物为一步构建三维导热桥提供了新的参考。
图文导读
图1. (a) 高浓度 GC 混合物的制备示意图。(b-d) GC 混合物的不同形态。(e-f) GC 分散体的 TEM 表征。(g) 原始 CNT、石墨和 GC 混合物的 XRD 图谱。(h) 原始 CNT、石墨和 GC 混合物的拉曼光谱。(i) ILC 和 GC 混合物的 1H NMR 光谱。
图 2. (a) GC 浆料在水溶液中的再分散过程。(b) 不同质量比的 GC 混合物的紫外-可见吸收光谱。(c) 不同比例的 ILC 和 GC 的 Zeta 电位。(d) 储存不同时间的 GC20-1的紫外-可见吸收光谱。
图3.（a） 制备ANF/GC纳米复合材料的示意图。ANF/GC-70 wt%纸张在（b）低倍率和（c）高倍率下的横截面的SEM图像。（d） 分别对应C、N、O、Br元素的EDS元素作图谱图谱。（e） 不同GC含量的ANF纸和ANF/GC纳米复合纸的FT-IR图谱和（f–g）拉曼图谱。
图4.（a）ANF/GC纳米复合纸的柔韧性包括折叠、成型、弯曲和机械强度。（b） 不同GC载荷下ANF/GC纳米复合纸的拉伸应力-应变曲线和（c）断裂应变曲线。（d） ANF纸和ANF/GC纳米复合纸的阻燃测试。（e） GC、ANF纸和ANF/GC纳米复合纸的TGA曲线和（f） DTG曲线。
图5. (a) 不同 GC 含量的 ANF/GC 纳米复合纸在 8V电压驱动下的温度变化。(b) 实验数据和饱和温度与 U2 的线性拟合。(c) ANF/GC-70 wt% 纸张在不同供电电压下的温度变化。(d) 与已报道的石墨烯或 CNT 复合薄膜的焦耳加热性能比较。(e) 附着在人体上的 ANF/GC 纳米复合纸在电加热下的红外图像
图6. (a) 不同 GC 含量的 ANF 纸和 ANF/GC 纳米复合纸在 1 kW/m2 阳光下的温度变化。(b) ANF/GC-70 wt% 纸张在不同光功率密度下的温度变化。(c) ANF/GC-70 wt% 纸张的温度随光功率密度的变化。(d) ANF/GC-70 wt% 纸张在 1 kW/m2 阳光下的周期光热转换性能。(e) ANF/GC-70 wt% 纸张在恒定光照下的长期光热转换性能
小结
综上所述，通过ILC辅助水热离心法成功制备了多态GC混合物。这些共轭混合物具有优异的导电性、可再分散性和可扩展性。特别是，ILC-armored GC 杂化物形成的三维网络结构具有吸收游离水分子的能力，从而形成一种非自由流动的凝胶状态，这种状态可以很容易地转化为自愈合块、墨水和分散体。此外，还成功构建了具有三维网络结构的 ANF/GC 纳米复合纸，其焦耳加热性能显著增强，在8V电压驱动下可达到156 ℃的饱和温度。值得注意的是，其独特的柔韧性和显著的焦耳加热性能赋予了其在柔性可穿戴设备中的实用性。多态 GC 共轭混合物的合成和探索解决了与单个纳米填料的复杂混合有关的挑战，而 CNTs和石墨烯的协同剥离和分散为实际应用提供了独特的解决方案。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.118850
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