聚合物基石墨烯復合材料導熱性能的研究進展

茹 越，戚桂村，王 湘，姜 超，趙雅超，高達利

（中國石化 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度，在平面內的導熱性能可達到5 000 W/（m·K）［1］，由于具有優異的力學和導熱性能，科研人員期望使用石墨烯為改性劑來提高聚合物材料的相關性能。但在研究初期所制備的聚合物基石墨烯復合材料的性能與最初設想的理想性能之間存在著明顯差距，經過研究發現，這一結果與石墨烯自身性能及石墨烯與聚合物基體之間的界面、分散等存在關聯。

本文對聚合物基石墨烯復合材料導熱性能的研究進展進行綜述，介紹了聚合物基石墨烯復合材料的潛在應用領域，并探討了工業化過程中可能存在的問題和挑戰。

1 石墨烯及其復合材料的導熱機理

1.1 石墨烯的導熱機理

石墨烯具有一定的金屬特性，可通過電子或聲子來傳遞熱量。其中，聲子對石墨烯導熱性能的影響較大［2-4］，石墨烯中的熱量通過聲子波的形式進行傳遞，這是由于石墨烯中碳原子通過共價鍵被固定，當某一部分接收到熱量開始震動時會通過共價鍵快速地將震動傳遞給周圍的原子，形成石墨烯面內的導熱。而對于多層結構的石墨烯材料，片層之間的相互作用力通常為范德華力，對于能量的傳遞作用明顯弱于共價鍵，因此片層之間的導熱性能遠遜于片層內部的導熱性能［1，5］。

1.2 石墨烯復合材料的導熱機理

石墨烯復合材料的導熱性能主要受石墨烯及聚合物基體導熱性能的影響。……