聚合物基石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的研究進(jìn)展

茹 越，戚桂村，王 湘，姜 超，趙雅超，高達(dá)利

（中國(guó)石化 北京化工研究院，北京 100013）

石墨烯作為一種二維材料，擁有超薄的厚度和極高的強(qiáng)度，在平面內(nèi)的導(dǎo)熱性能可達(dá)到5 000 W/（m·K）［1］，由于具有優(yōu)異的力學(xué)和導(dǎo)熱性能，科研人員期望使用石墨烯為改性劑來(lái)提高聚合物材料的相關(guān)性能。但在研究初期所制備的聚合物基石墨烯復(fù)合材料的性能與最初設(shè)想的理想性能之間存在著明顯差距，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這一結(jié)果與石墨烯自身性能及石墨烯與聚合物基體之間的界面、分散等存在關(guān)聯(lián)。

本文對(duì)聚合物基石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，介紹了聚合物基石墨烯復(fù)合材料的潛在應(yīng)用領(lǐng)域，并探討了工業(yè)化過(guò)程中可能存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

1 石墨烯及其復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理

1.1 石墨烯的導(dǎo)熱機(jī)理

石墨烯具有一定的金屬特性，可通過(guò)電子或聲子來(lái)傳遞熱量。其中，聲子對(duì)石墨烯導(dǎo)熱性能的影響較大［2-4］，石墨烯中的熱量通過(guò)聲子波的形式進(jìn)行傳遞，這是由于石墨烯中碳原子通過(guò)共價(jià)鍵被固定，當(dāng)某一部分接收到熱量開(kāi)始震動(dòng)時(shí)會(huì)通過(guò)共價(jià)鍵快速地將震動(dòng)傳遞給周?chē)脑樱纬墒┟鎯?nèi)的導(dǎo)熱。而對(duì)于多層結(jié)構(gòu)的石墨烯材料，片層之間的相互作用力通常為范德華力，對(duì)于能量的傳遞作用明顯弱于共價(jià)鍵，因此片層之間的導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)遜于片層內(nèi)部的導(dǎo)熱性能［1，5］。

1.2 石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理

石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能主要受石墨烯及聚合物基體導(dǎo)熱性能的影響。……