石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料研究進(jìn)展

1、石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料研究進(jìn)展Research Progress of Graphene Filled High-thermal Conductive Plastic隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)導(dǎo)熱材料也提出了更高的要求。具有優(yōu)良導(dǎo)熱性能的 陶瓷、金屬等材料，由于其電絕緣性和加工性能較 差、成本高，已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的需求。 因此，開發(fā)新型導(dǎo)熱復(fù)合材料已經(jīng)成為當(dāng)前研究的 熱點(diǎn)。高導(dǎo)熱塑料因其良好的加工性能、低廉的價(jià) 格以及優(yōu)異的導(dǎo)熱性能而在變壓器電感、電子元器 件散熱、特種電纜、電子封裝、導(dǎo)熱灌封等領(lǐng)域大放 異彩1-2。近年來(lái)，導(dǎo)熱塑料愈來(lái)愈受到重視，其應(yīng) 用領(lǐng)域亦不斷拓展。傳統(tǒng)導(dǎo)

2、熱塑料主要是以高導(dǎo)熱的金屬或無(wú)機(jī) 填料顆粒對(duì)高分子基體材料進(jìn)行均勻填充。當(dāng)填 料量達(dá)到一定程度時(shí)，填料在體系中形成了類似鏈 狀和網(wǎng)狀的形態(tài)，即形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。當(dāng)這些導(dǎo)熱網(wǎng) 鏈的取向方向與熱流方向平行時(shí)，就會(huì)在很大程度 上提高體系的導(dǎo)熱性。石墨烯是一種由碳原子構(gòu) 成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新型碳納米材料，厚度僅為 0.35 nm。由于其具有大的比表面積、良好的熱穩(wěn)定 性和化學(xué)穩(wěn)定性、較強(qiáng)的疏水性、易于進(jìn)行化學(xué)修 飾等優(yōu)點(diǎn)，有望在高性能電子器件、復(fù)合材料、場(chǎng)發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。而且它是由sp2雜化碳原子緊密排列形成，具有 獨(dú)特的二維周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)單元中所 存在的穩(wěn)定

3、碳六元環(huán)賦予其優(yōu)異的熱性能，被認(rèn)為 是優(yōu)秀的熱控材料3。以石墨烯為填料的高導(dǎo)熱塑 料能夠滿足熱管理、電子工業(yè)中高密度、高集成度 組裝發(fā)展的要求。例如純聚酰胺6(PA6)的熱導(dǎo)率 為0.338 W/(mK)，當(dāng)填充50%的氧化鋁時(shí)，復(fù)合材料 的熱導(dǎo)率為純PA6的1.57倍4；當(dāng)添加25%的改性氧 化鋅時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率比純PA6提高了3倍5； 而當(dāng)添加20%的石墨烯納米片時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo) 率達(dá)到4.11 W/(mK)，比純PA6提高了15倍以上6，這 展示了石墨烯在熱管理領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。本 文結(jié)合近年來(lái)的相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)目前石墨烯及其填充 高導(dǎo)熱塑料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。 1 石墨烯的制備及

4、其導(dǎo)熱性能1.1 石墨烯的制備自從Andre Geim和Konstantin Novoselov7于2004基金項(xiàng)目：寧波市重大專項(xiàng)(2014S10004)；中國(guó)科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(KFJ-EW-STS-080)；寧波市自然基金項(xiàng)目收稿日期：2014-08-24(2013A610017)(1) 通訊聯(lián)系人，junlongliu163 法進(jìn)行了對(duì)比。分析了影響石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料導(dǎo)熱性能的因素，并對(duì)石墨烯及其填充高導(dǎo)熱復(fù)合材料 的研究方向及發(fā)展前景進(jìn)行了展望。Abstract : The preparation and thermal conductivity of graphene lle

5、d high-thermal conductive plastics are described. Various preparation methods of graphene and graphene filled composites are briefly compared. The factors that inuence the thermal conductivity of the graphene lled high-thermal conductive plastics are analysized. The research direction and developmen

6、t prospect of graphene and the graphene lled high-thermal conductive plastics are also proposed.關(guān)鍵詞 :石墨烯；導(dǎo)熱塑料；熱導(dǎo)率；影響因素中圖分類號(hào) : TQ314.261文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : AKey words : Graphene; Thermal conductive plastic; Thermal conductivity; Factor陳 飛1,2，顏 春2，劉 玲2，祝穎丹2，劉俊龍1(1)Chen Fei1,2, Yan Chun2, Liu Ling2, Zhu Yingdan2,

7、Liu Junlong1(1)- 1 大連工業(yè)大學(xué)紡織與材料學(xué)院，遼寧 大連 1160342 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，浙江 寧波 315201- 1 School of Textile & Material Engineering, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China2 Ningbo Institute of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, China摘要 :闡述了石墨烯和

8、石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料的制備方法及導(dǎo)熱性能，并對(duì)幾種石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備方石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料研究進(jìn)展2015年1月 第43卷 第1期（總第273期）年首次采用“微機(jī)械分離法”獲得石墨烯以來(lái)，已有很多方法被用來(lái)制備石墨烯。這些制備方法按制備 思路可以分為兩大類：(1)自下而上地在限定的基底上利用小分子碳源原位生長(zhǎng)出石墨烯；(2)自上而下地以石墨為原料，橫向剝離，如機(jī)械剝離法、液相剝 離法和氧化還原法等。其具體制備方法如表1所示。表1 石墨烯的制備方法1.2 石墨烯的導(dǎo)熱性能低維碳納米材料，如石墨烯和碳納米管等，具有 高達(dá)3 0006 000 W/(mK)的熱導(dǎo)率。Balandin等26

9、依據(jù)激光激發(fā)功率測(cè)得的拉曼G峰頻率和獨(dú)立測(cè)量 的G峰溫度系數(shù)得出單層石墨烯的室溫?zé)釋?dǎo)率高達(dá) 5 300 W/(mK)，明顯高于碳納米管(3 0003 500 W/ (mK)27-28和金剛石，是室溫下銅熱導(dǎo)率(約為400 W/(mK)的10倍多。由于材料中的熱量以聲子的形式傳 遞， Lindsay等29通過(guò)求解Boltzmann輸運(yùn)方程將石墨烯 熱傳導(dǎo)過(guò)程中各聲子對(duì)熱導(dǎo)率的貢獻(xiàn)分解，結(jié)果表墨烯放置在二氧化硅基底上，此時(shí)石墨烯與基底的相互作用會(huì)造成聲子散射，其熱導(dǎo)率降至600 W/ (mK)，但仍高于工業(yè)中廣泛使用的金屬銅(400 W/ (mK)。事實(shí)上，石墨烯不可避免會(huì)有缺陷，比如結(jié) 構(gòu)缺失和

10、邊緣粗糙，而這些缺陷的存在會(huì)影響石墨 烯的導(dǎo)熱性能30。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，石墨烯納米帶中移除由6個(gè)碳 原子構(gòu)成的六邊形結(jié)構(gòu)后，熱導(dǎo)率明顯降低，且六 邊形結(jié)構(gòu)缺失的越多，熱導(dǎo)率越低；另外邊緣粗糙 的石墨烯納米帶的熱導(dǎo)率也下降明顯。 2 石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備及其導(dǎo)熱性能明，在300 K的溫度下，與LA和TA聲子相比，ZA聲子對(duì)石墨烯中的熱傳導(dǎo)過(guò)程發(fā)揮主要貢獻(xiàn)，而且其貢獻(xiàn)的熱導(dǎo)率隨著石墨烯長(zhǎng)度的增加而增大。 同時(shí)，聲子散射會(huì)對(duì)石墨烯的導(dǎo)熱性能造成影響。Hu等30對(duì)鋸齒型和扶手椅型石墨烯(根據(jù)石墨 烯邊緣碳鏈的不同分類)的導(dǎo)熱性能進(jìn)行了研究， 發(fā)現(xiàn)其導(dǎo)熱性能由于聲子在不規(guī)則邊緣發(fā)生強(qiáng)烈 散射均有所

11、降低；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)鋸齒型石墨烯納米帶 導(dǎo)熱率要比扶手椅型高20%50%。Seol等31將石石墨烯/聚合物復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣與其制備過(guò)程中的加工條件是分不開的。不同的制備 方法導(dǎo)致填料在基體中的分散性、界面作用和空間 結(jié)構(gòu)均有所不同，而這些因素則決定了復(fù)合材料的 剛度、強(qiáng)度、韌性和延展性等。就目前研究所知，對(duì)于石墨烯/聚合物復(fù)合材料，可以通過(guò)對(duì)剪切力、溫95Tab.1 Preparation methods of graphene方法條件產(chǎn)物自下而上的 合成方法化學(xué)氣相沉積法(CVD)8-9 CH 碳源；Ni 、Ru 、Cu基底；溫度1 000可以實(shí)現(xiàn)石墨烯大面積連續(xù)合成，在一定條件下，石墨烯

12、層4數(shù)可以控制為單層等離子增強(qiáng)CVD10CH 碳源；Cu基底；溫度650尺寸超過(guò)1 cm的大面積單層石墨烯4外延生長(zhǎng)法11-126H-SiC基底；溫度1 280尺寸為50 m×1 m的石墨烯薄片溶劑熱法13試劑為乙醇、堿金屬(鈉)；溫度220得到折疊的石墨烯結(jié)構(gòu)；電導(dǎo)率0.05 S/m有機(jī)合成法14多環(huán)有機(jī)分子(PAHs)可合成形狀各異的克級(jí)石墨烯納米條帶自上而下的 合成方法液相剝離法15-17分散劑NMP單層石墨烯產(chǎn)率達(dá)12%分散劑SDBS單層石墨烯產(chǎn)率達(dá)3% ，微片直徑達(dá)1 m剝離溫度1 000；分散劑為發(fā)煙硫酸、TBA 單層石墨烯產(chǎn)率達(dá)90% ，微片直徑達(dá)250 nm電弧放電法

13、18緩沖氣體為氬氣、氦氣；陰(陽(yáng))極為石墨在反應(yīng)室內(nèi)壁收集石墨烯產(chǎn)物化學(xué)還原氧化 石墨烯(GO)法19-23肼還原劑石墨烯薄層電阻率達(dá)7 200 S/mKOH/NaOH脫氧劑；溫度5090穩(wěn)定均勻分散在水中的石墨烯膠體維生素C還原劑；溫度95薄層電導(dǎo)率達(dá)7 700 S/m超聲分散：頻率211 kHz 、時(shí)間30 min產(chǎn)生14層還原氧化石墨烯(RGO)微波輔助肼還原產(chǎn)生18層微米級(jí)的RGO高溫還原GO法24200快速加熱通過(guò)升溫的方式將石墨烯表面的官能團(tuán)除去得到石墨烯光熱還原GO法25高壓、通入氫氣/氮?dú)猸h(huán)境；汞燈光源石墨烯微片直徑達(dá)1 m；電導(dǎo)率2 00020 000 S/m石墨烯填充高導(dǎo)熱

14、塑料研究進(jìn)展度和極性溶劑的控制來(lái)控制石墨烯的分散程度以及石墨烯片層的剝離程度。傳統(tǒng)石墨烯/聚合物復(fù) 合材料的制備方法包括溶液混合法和熔融共混法， 而在化學(xué)改性方面應(yīng)用較多的還有原位聚合法、乳 液混合法、層層自組裝技術(shù)(LbL)等。溶液混合法是將石墨烯材料(GO、RGO)在溶 劑中溶解制得懸浮的單層石墨烯，使其最大程度地 分散在聚合物基體中。如將改性氧化石墨烯GO 分散在有機(jī)溶劑中，還原得到石墨烯RGO，然后與 聚合物進(jìn)行溶液共混制成復(fù)合材料。Kim等32采 用溶液共混法制備了GO/熱塑性聚氨酯復(fù)合材料。 研究發(fā)現(xiàn)，與熔融共混法相比，溶液混合法能將石 墨烯更好地分散在聚合物基體中。這種方法因其

15、分散效果好、制備速度快以及能夠很好地控制各成 分的狀態(tài)而得到了廣泛的應(yīng)用；但該方法需要使用 有機(jī)溶劑，會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響。熔融共混法是一種無(wú)溶劑制備方法，利用擠出 機(jī)產(chǎn)生的剪切力克服界面作用力將填料分散在聚 合物熔體中。Zhang等33先將石墨氧化、熱剝離還 原制得石墨烯，然后采用熔融共混法制備石墨烯/ 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)復(fù)合材料。熔融共混 中由于分別制備石墨烯和聚合物，因此石墨烯的尺 寸與形態(tài)可控，但是石墨烯在聚合物基體中集聚而 不易分散，并且與聚合物的界面作用較差。Yu等6 采用熔融共混法制備了石墨烯/PA6復(fù)合材料，結(jié)果 表明，采用該法可將石墨烯均勻地分散于PA6中，確 保

16、復(fù)合材料中石墨烯與PA6界面的良好微觀界面 接觸。熔融共混法是制備石墨烯/聚合物復(fù)合材料 比較實(shí)用的方法，其工藝較為簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材 料的大規(guī)模低成本制備，但是較高的溫度和局部壓 力會(huì)影響復(fù)合材料各成分的穩(wěn)定性。原位聚合法是將石墨烯與聚合物單體混合，然后 加入催化劑引發(fā)反應(yīng)，最后制得復(fù)合材料。Hu等34通 過(guò)將GO分散于二甲基乙酰胺(DMAC)中進(jìn)行功能 化處理，使其能夠更好地分散于有機(jī)溶劑，再通過(guò) 原位聚合法合成GO/聚酰亞胺納米復(fù)合材料。通 過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，這種方法沒(méi)有破壞復(fù)合材料的熱穩(wěn)定 性，并且當(dāng)GO體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，復(fù)合材料的彈性 模量提高了86.4%。不過(guò)原位聚合法的反應(yīng)條件難 以

17、確定，加入導(dǎo)熱添加劑后會(huì)對(duì)聚合物產(chǎn)生不確定 影響。乳液混合法則利用了經(jīng)表面改性的石墨烯在水中的良好分散性，將其分散液與聚合物乳液混合，然后通過(guò)還原制備石墨烯/聚合物復(fù)合材料。 Kim等35將表面改性的多層石墨烯經(jīng)十六烷基三 甲基溴化銨(CTAB)穩(wěn)定化處理后，制成分散良好 的水分散液，然后同丁苯橡膠(SBR)乳液混合制得 石墨烯/SBR復(fù)合材料。同熔融共混法相比，乳液混 合法制備的復(fù)合材料具有更好的分散效果和空間 穩(wěn)定性，而且該方法不使用有機(jī)溶劑，不破壞環(huán)境。層層自組裝技術(shù)(LbL)在制備高強(qiáng)超薄薄膜、 細(xì)胞膜和高強(qiáng)涂料方面很有優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)能夠 精確地調(diào)節(jié)石墨烯/聚合物界面，使石墨烯得到良 好

18、分散。Zhao等36通過(guò)LbL技術(shù)制備了聚乙烯醇 (PVA)和GO的多層薄膜，然后通過(guò)浸漬輔助沉積法 制備了高度取向的超薄多層納米片層，其機(jī)械強(qiáng)度 較之聚合物基體顯著提高。Kulkarni等37采用旋轉(zhuǎn) 輔助分子沉積法，并結(jié)合Langmuir-Blodgett膜(簡(jiǎn)稱 LB膜)技術(shù)制得了GO/聚電解質(zhì)多層超薄薄膜。通過(guò)這種LbL-LB方法可制備得到厚度達(dá)50 nm、高度完整的納米復(fù)合材料薄膜，而且在沉積過(guò)程中防止了GO片層的褶皺和折疊。 影響石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料性能3的因素3.1 石墨烯添加量在石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料中，隨著石墨烯添加量的增加，體系內(nèi)逐漸形成了導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，使得復(fù)合 材料的熱導(dǎo)率大大

19、提高。Agari等38引入填料粒子 在基體中形成導(dǎo)熱鏈的難易程度因子，提出了預(yù)測(cè) 單一組分顆粒狀填料大量填充時(shí)復(fù)合材料熱導(dǎo)率 方程：(1)式(1)中，V為填料體積分?jǐn)?shù)； 和 分別為填料12和聚合物基體的熱導(dǎo)率；C1為影響聚合物結(jié)晶尺 寸因子；C2為導(dǎo)熱粒子形成導(dǎo)熱鏈自由因子，反映 了填料粒子在基體中形成導(dǎo)熱鏈的難易程度。隨 著填料填充量的增加，粒子間接觸增多，C2逐漸趨 近于1，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能隨之增高。該模型能 較好地對(duì)單一組分高含量填料的填充進(jìn)行模擬，但 對(duì)于多組分填充則無(wú)法實(shí)現(xiàn)較好的預(yù)測(cè)。Yu等39 研究了環(huán)氧樹脂(EP)基石墨烯復(fù)合材料的熱導(dǎo)率， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)石墨烯(4層左右)填充比達(dá)到

20、25%(體積 96石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料研究進(jìn)展2015年1月 第43卷 第1期（總第273期）分?jǐn)?shù))時(shí)可使EP的熱導(dǎo)率提高約30倍，達(dá)到6.44 W/(mK)，而傳統(tǒng)導(dǎo)熱填料則需要70%(體積分?jǐn)?shù))的填 充量才能達(dá)到這個(gè)效果。測(cè)了通過(guò)真空過(guò)濾法得到的定向排列功能化多層石墨烯的熱導(dǎo)率，其數(shù)值高達(dá)75.5 W/(mK)。由此 可見，石墨烯的定向垂直堆積能夠很好地提高其熱 導(dǎo)率。另外，填料在基體中的分布也會(huì)影響復(fù)合材料 的導(dǎo)熱性能，當(dāng)填料均勻分散于基體中并形成導(dǎo)熱 網(wǎng)鏈時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能顯著提高。Song等44 使用吡啶酸將由堿鹽催化得到的石墨烯片層非共 價(jià)功能化，使其能夠均勻分散在EP基體中，

21、所得復(fù) 合材料的導(dǎo)熱性能明顯提高。3.2 石墨烯層數(shù)對(duì)于多層石墨烯，Ghosh等40測(cè)量了110層石 墨烯的熱導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯層數(shù)從2層增至4層 時(shí)，其熱導(dǎo)率從2 800 W/(mK)降至1 300 W/(mK)。 由此可見，石墨烯的導(dǎo)熱性能隨層數(shù)的增加有逐漸 降低的趨勢(shì)。這是由于多層石墨烯隨著時(shí)間的延 長(zhǎng)會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，進(jìn)而造成其導(dǎo)熱性能的下降；同時(shí)， 石墨烯中的缺陷、邊緣的無(wú)序性等均會(huì)降低石墨烯 的熱導(dǎo)率。3.5 界面阻力和界面耦合強(qiáng)度一般來(lái)說(shuō)，無(wú)機(jī)填料粒子和有機(jī)樹脂基體之間的界面相容性很差，而且填料粒子在基體中容易團(tuán) 聚，難以形成均勻分散。另外，無(wú)機(jī)填料粒子與基 體之間表面張力的差異使得填

22、料粒子表面難以被 樹脂基體潤(rùn)濕，導(dǎo)致兩者界面處存在空隙，從而增 加了高分子復(fù)合材料的界面熱阻。Hung等45研究發(fā)現(xiàn)，在石墨烯納米片層與聚合 物基體之間的界面上存在熱阻，對(duì)納米復(fù)合材料的 能量傳輸產(chǎn)生很大的影響。對(duì)石墨烯納米片層進(jìn) 行硝酸預(yù)處理可改善復(fù)合材料界面黏結(jié)效果，進(jìn)而 提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。Teng等46使用聚芘將 石墨烯非共價(jià)鍵功能化，不僅改善了其在EP基體中 的分散，而且與EP形成共價(jià)鍵，進(jìn)一步形成交聯(lián)結(jié) 構(gòu)，使界面耦合強(qiáng)度提高，其中當(dāng)填料含量為3%時(shí)， 該復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可達(dá)0.518 W/(mK)，比一般石 墨烯/EP復(fù)合體系提高了20%。眾所周知，石墨烯由sp2雜化的碳原子

23、緊密排列 而成，其中碳-碳鍵長(zhǎng)約為0.142 nm，相鄰兩個(gè)六圓 環(huán)的面心距為0.246 nm。石墨烯片層表面與聚己 內(nèi)酯(PCL)片晶間存在晶格匹配關(guān)系，可誘導(dǎo)PCL 分子鏈在其表面附生結(jié)晶，從而產(chǎn)生“物理鉚合” 作用，顯著提高二者之間的界面黏結(jié)性47。Wang 等48研究了注塑過(guò)程中石墨烯對(duì)PCL分子取向與 結(jié)晶的影響，發(fā)現(xiàn)了在附生結(jié)晶和空間限制雙重作 用下的PCL分子鏈松弛抑制現(xiàn)象，這為制備高各向 異性高分子復(fù)合材料提供了基礎(chǔ)。 3.3 基體種類高導(dǎo)熱塑料主要成分包括基體材料和填料，石墨烯以其卓越的導(dǎo)熱性能成為填料的最佳選擇，而 基體成分的不同也會(huì)造成高導(dǎo)熱塑料導(dǎo)熱性能的 差異。聚酰胺(

24、PA)具有良好的力學(xué)性能、耐熱性、 耐磨損性，并且摩擦系數(shù)低，有一定的阻燃性，易于 加工，適用于填充改性，以提高其性能及擴(kuò)大材料 的應(yīng)用范圍。Yu等6采用機(jī)械共混法制備了石墨 烯/PA6復(fù)合材料，其中當(dāng)石墨烯體積分?jǐn)?shù)為20%時(shí)， 復(fù)合體系的熱導(dǎo)率達(dá)到4.11 W/(mK)，比純PA6提高 了15倍以上。環(huán)氧樹脂EP具有優(yōu)良的電絕緣性、 黏結(jié)性和物理力學(xué)性能，基于EP的導(dǎo)熱膠黏劑主要 用于黏結(jié)強(qiáng)度要求較高的電子設(shè)備和大規(guī)模集成 電路的封裝。Yu和Remash等39將石墨烯片層和EP 復(fù)合，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)填料體積分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，復(fù)合材 料的熱導(dǎo)率可達(dá)6.45 W/(mK)。Yu等41將由不同 濃度石

25、墨烯片層堆積的石墨納米片添加到EP中并 測(cè)試其導(dǎo)熱性能，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石墨烯體積分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率比普通聚合物高4倍，而當(dāng)石墨烯體積分?jǐn)?shù)增至40%時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率則提升了20倍。3.4 石墨烯在基體中的排列及分布Yu等42報(bào)道了氧化石墨烯(GO)膜的面內(nèi)和垂直于面方向的熱擴(kuò)散率和熱導(dǎo)率，研究發(fā)現(xiàn)垂直于 面方向的熱導(dǎo)率比面內(nèi)熱導(dǎo)率低一個(gè)數(shù)量級(jí)，顯示 出明顯的各向異性。這主要是由于GO膜間的接觸熱阻和GO本身的低熱導(dǎo)率造成的。Liang等43檢4 結(jié)語(yǔ)石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱率較高，且具有97石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料研究進(jìn)展良好的熱穩(wěn)定性，其發(fā)展前景非常廣闊。我國(guó)的石墨儲(chǔ)備、質(zhì)量、產(chǎn)量

26、及出口均居世界首位，為石墨烯 的開發(fā)提供了豐富的資源。研究發(fā)現(xiàn)49，中國(guó)對(duì)石 墨烯的研究早期略晚于美國(guó)，中期則迅速趕上，目 前在數(shù)量上已超越美國(guó)，中美雙方在國(guó)際石墨烯科 研領(lǐng)域共同占據(jù)首要地位，并互相合作。如今，如 何批量、低成本制備高品質(zhì)的石墨烯材料以及如何 對(duì)石墨烯進(jìn)行可控功能化處理以提高其在聚合物 中的分散性仍然是具有挑戰(zhàn)性的課題。在今后的 工作中，還需對(duì)復(fù)合材料中石墨烯與聚合物之間相 互作用的機(jī)理進(jìn)行探討，并使之系統(tǒng)化、理論化，以 減少相關(guān)研究工作的盲目性；同時(shí)還要進(jìn)一步考察 石墨烯填充高導(dǎo)熱塑料導(dǎo)熱性能的影響因素，繼續(xù) 深化該材料導(dǎo)熱性能的研究。13 Choucair M, Thor

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