中國粉體網(wǎng)7月29日訊  山西煤化所系統(tǒng)研究了氧化石墨烯薄膜在炭化過程中的導(dǎo)熱性能演變機(jī)制，并獲得高性能熱還原氧化石墨烯薄膜,，相關(guān)成果近日在線發(fā)表于《材料化學(xué)雜志》,。

　　石墨烯是二維sp2鍵和的單層碳原子晶體，與三維材料不同,，其低維結(jié)構(gòu)可顯著削減晶界處聲子的邊界散射,，并賦予其特殊的聲子擴(kuò)散模式。研究表明，室溫下石墨烯的熱導(dǎo)率（K）已超越塊體石墨（2000 W/m·K）,、碳納米管（3000~3500 W/m·K）和鉆石等同素異形體的極限,，達(dá)到5300 W/m·K，遠(yuǎn)超銀（429 W/m·K）和銅（401 W/m·K）等金屬材料,。優(yōu)異的導(dǎo)熱和力學(xué)性能使石墨烯在熱管理領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿�,，但這些性能都是基于微觀的納米尺度，難以直接利用,。因此,，將納米的石墨烯宏觀組裝形成薄膜材料，同時保持其納米效應(yīng)是石墨烯規(guī)�,；瘧�(yīng)用的重要途徑,。

　　一般來講，氧化石墨烯薄膜在退火后熱導(dǎo)率會提升,，但也變得脆而易碎,。但如果把一維的炭纖維作為結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體，把二維的石墨烯作為導(dǎo)熱功能單元,，通過自組裝技術(shù),，就可構(gòu)建結(jié)構(gòu)/功能一體化的炭/炭復(fù)合薄膜。這種全炭薄膜具有類似于鋼筋混凝土的多級結(jié)構(gòu),，其厚度在10~200μm可控,，室溫面向熱導(dǎo)率高達(dá)977 W/m·K，拉伸強(qiáng)度超過15 MPa,。這項(xiàng)研究解決了石墨烯導(dǎo)熱應(yīng)用的實(shí)際難題,，是山西煤化所在石墨烯領(lǐng)域的一項(xiàng)突破。

　　研究結(jié)果表明1000 ℃是薄膜性能扭轉(zhuǎn)的關(guān)鍵點(diǎn),，薄膜的性能在該點(diǎn)發(fā)生質(zhì)變,，面向熱導(dǎo)率由6.1 W/m·K迅速躍遷至862.5 W/m·K，并在1200 ℃時提升到1043.5 W/m·K,。這一發(fā)現(xiàn)不僅解決了石墨烯熱化學(xué)轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)科學(xué)問題,，也為石墨烯導(dǎo)熱薄膜的規(guī)模化制備提供了依據(jù),。這些研究成果為結(jié)構(gòu)/功能一體化的炭/炭復(fù)合材料的設(shè)計提供了一個全新視角,。

　　該研究工作得到了國家自然科學(xué)青年基金、中科院知識創(chuàng)新工程前瞻項(xiàng)目,、山西省自然科學(xué)基金,、太原市科技局一流自主創(chuàng)新基地項(xiàng)目的資助。