近日，浙江大學(xué)高分子系高超教授團(tuán)隊研發(fā)出一種高導(dǎo)熱超柔性石墨烯組裝膜，導(dǎo)熱率最高達(dá)到2053W/mK，接近理想單層石墨烯導(dǎo)熱率的40%，創(chuàng)造宏觀材料導(dǎo)熱率的新紀(jì)錄；同時該材料由微褶皺化大片石墨烯組裝而成，具有超柔性，可被反復(fù)折疊6000次，承受彎曲十萬次。

這一最新成果解決了宏觀材料高導(dǎo)熱和高柔性不能兼顧的世界性難題，有望在高效熱管理、新一代柔性電子器件及特種航天等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。文章發(fā)表在《AdvancedMaterials》，論文第一作者為博士生彭蠡。

電子電器工作時會發(fā)熱，需要高效熱管理來保證其正常運行。新一代器件還要求可彎折性。因此，研究高導(dǎo)熱高柔性材料至關(guān)重要。但現(xiàn)有宏觀材料的高導(dǎo)熱和高柔性是一對矛盾，魚和熊掌往往難以兼得。如，金屬材料具有好的延展性，但其導(dǎo)熱率最高值約為429W/mK。一些無機(jī)陶瓷材料的導(dǎo)熱率更高，卻很脆。

石墨烯的出現(xiàn)為解決這一矛盾提供了理論上的可能。這一重大科學(xué)難題近日被高超教授團(tuán)隊攻克，他們創(chuàng)造性地提出了“大片微褶皺”思路：大片石墨烯缺陷少，可實現(xiàn)高導(dǎo)熱率；微褶皺使材料在拉伸彎折時有足夠的應(yīng)變空間，可確保高柔性。

高超告訴《中國科學(xué)報》記者，這一新思路實現(xiàn)起來倒很簡便。三步即可完成：1)大片氧化石墨烯水分散液通過刮涂成膜；2)高溫?zé)崽幚恚ぶ械暮豕倌軋F(tuán)在高溫下分解，釋放出氣體，同時隨著溫度的升高，石墨烯缺陷結(jié)構(gòu)逐步修復(fù)，氣體被阻隔在石墨烯膜內(nèi)部，因膨脹形成微氣囊；3)機(jī)械輥壓成膜，在外加壓力下微氣囊的氣體被排出，形成微褶皺。

微褶皺往往是應(yīng)力集中點，在外力作用下褶皺會產(chǎn)生彈性變形，局部褶皺會被拉伸展開形成永久形變。應(yīng)力越大，被拉伸的褶皺越多，彈性形變和永久形變也就越明顯。對比表明，具有大量微褶皺的石墨烯膜相對于傳統(tǒng)GPI膜，其斷裂伸長率提高了2-3倍，最高值可達(dá)到16%。石墨烯微褶皺的可延展性，使得它可以耐受反復(fù)折疊、打結(jié)、扭曲、指關(guān)節(jié)反復(fù)彎曲、折紙等多種復(fù)雜形變。

石墨烯的導(dǎo)熱模式為聲子導(dǎo)熱，邊界、空洞、官能團(tuán)等都是聲子逸散的缺陷。為此研究者使用了無碎片的超大片氧化石墨烯作為原料,以降低邊緣聲子逸散。同時，采用高溫?zé)崽幚恚コ┍砻娴墓倌軋F(tuán)并修復(fù)石墨烯內(nèi)部孔洞，得到少缺陷的石墨烯結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)變化通過拉曼、XRD及透射電鏡檢測進(jìn)行了確證。所得石墨烯膜的熱導(dǎo)率平均值為1900W/mK，最高值達(dá)到2053W/mKm?1,超過了最好的GPI膜和其它宏觀材料的導(dǎo)熱率。