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石墨烯材料的發(fā)展
閱讀：632 發(fā)布時間：2019-5-22
隨著大規(guī)模集成技術(shù)的進步，電子器件朝向小型化、微型化的發(fā)展已經(jīng)越來越迅速，而其中工作帶來的熱量積累問題一直阻礙著這一領(lǐng)域的前進。導(dǎo)熱復(fù)合材料作為有效解決這一核心問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響著傳熱的效率。封偉教授研究團隊以高導(dǎo)熱納米碳材料為基體，針對碳基導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備及力熱性能優(yōu)化進行了大量的研究工作，包括以石墨連接三維碳納米管網(wǎng)絡(luò)的高導(dǎo)熱碳/碳復(fù)合材料、連續(xù)石墨烯聚二甲基硅氧烷網(wǎng)絡(luò)的碳/聚合物復(fù)合材料、以垂直碳納米管陣列橋接的定向高導(dǎo)熱各向同性的導(dǎo)熱復(fù)合材料、石墨烯交聯(lián)碳納米管三維雜化網(wǎng)絡(luò)具有可控導(dǎo)熱、導(dǎo)電和回彈性的聚酰亞胺導(dǎo)熱復(fù)合材料等都取得了重大突破。
首先，對于石墨烯和碳納米管的一般結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)性質(zhì)進行概括性介紹，接著，分別對現(xiàn)階段比較成熟的幾種碳納米管和石墨烯的化學(xué)功能改性進行總結(jié)闡述，如圖1所示，碳納米管的化學(xué)改性主要集中在對其管壁的優(yōu)化和修飾上，包括利用臭氧、氫等離子體、氟氣等，而對石墨烯的化學(xué)功能化主要以氧化石墨烯的制備為例，通過對石墨進行插層和氧化，得到表面具有豐富含氧官能團(羧基、羥基、酯基等)的石墨烯，由于該方法大幅度改善的水溶性，利于溶液加工，因此常用作對石墨烯基納米復(fù)合材料的修飾、優(yōu)化與設(shè)計中。
借助新材料、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，以增材制造(3D打印)為代表的*制造技術(shù)取得大量新的進展，多材料、多工藝成為重要方向。美國南加州大學(xué)利用3D打印構(gòu)建出能阻擋聲波和機械振動的特殊超材料，可通過磁場遠(yuǎn)程控制開關(guān)，有望用于噪聲消除、振動控制和聲波隱形。美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研制出一種由導(dǎo)電材料和紙張制成的紙質(zhì)機器人，當(dāng)施加電流時可以折疊或展開。美國加州大學(xué)圣克魯茲分校、勞倫斯利佛莫爾國家實驗室利用可印刷石墨烯氣凝膠構(gòu)建裝有贗電容材料的多孔三維支架，研制出的超級電容器具有當(dāng)前高的面積電容(每單位電極表面積存儲的電荷)，質(zhì)量負(fù)載提升到超過100 mg MnO2/cm2的記錄水平且不影響性能，而商用設(shè)備的常規(guī)水平約為10 mg/cm2。