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石墨烯材料的發展
閱讀：656 發布時間：2019-5-22
隨著大規模集成技術的進步，電子器件朝向小型化、微型化的發展已經越來越迅速，而其中工作帶來的熱量積累問題一直阻礙著這一領域的前進。導熱復合材料作為有效解決這一核心問題的關鍵環節，直接影響著傳熱的效率。封偉教授研究團隊以高導熱納米碳材料為基體，針對碳基導熱復合材料的制備及力熱性能優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絡的高導熱碳/碳復合材料、連續石墨烯聚二甲基硅氧烷網絡的碳/聚合物復合材料、以垂直碳納米管陣列橋接的定向高導熱各向同性的導熱復合材料、石墨烯交聯碳納米管三維雜化網絡具有可控導熱、導電和回彈性的聚酰亞胺導熱復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構與基礎性質進行概括性介紹，接著，分別對現階段比較成熟的幾種碳納米管和石墨烯的化學功能改性進行總結闡述，如圖1所示，碳納米管的化學改性主要集中在對其管壁的優化和修飾上，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合材料的修飾、優化與設計中。
借助新材料、人工智能等技術的發展，以增材制造(3D打印)為代表的*制造技術取得大量新的進展，多材料、多工藝成為重要方向。美國南加州大學利用3D打印構建出能阻擋聲波和機械振動的特殊超材料，可通過磁場遠程控制開關，有望用于噪聲消除、振動控制和聲波隱形。美國卡內基梅隆大學研制出一種由導電材料和紙張制成的紙質機器人，當施加電流時可以折疊或展開。美國加州大學圣克魯茲分校、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前高的面積電容(每單位電極表面積存儲的電荷)，質量負載提升到超過100 mg MnO2/cm2的記錄水平且不影響性能，而商用設備的常規水平約為10 mg/cm2。