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低填充量的高導熱率聚合物復合材料因其廣泛的應用前景而備受關注。三維(3D)互連網絡的結構可以有效提高聚合物復合材料的導熱系數。本文提出了一種簡便且可擴展的方法，即，使用低成本的商用聚氨酯海泡沫(PU)制備石墨烯泡沫塑料(GF)涂料在線coatingol.com。然后通過將環氧樹脂浸漬到GF結構中來制備高導熱復合材料。在6.8 wt%的低石墨烯負載量下，獲得了8.04 W m-1 K-1的超高導熱率，與純環氧樹脂相比，導熱率提高了約4473%。該策略為構建高性能復合材料的3D填充網絡結構提供了一種簡便、低成本和可擴展的方法，在先進電子封裝上具有廣闊的應用前景。

Fig. 1 GF/環氧樹脂復合材料的制備工藝。

Fig. 2 (a) PVP功能化石墨烯粉末與PVP的化學結構。(b) GNPs的SEM圖。(c) PU泡沫，GNP涂層泡沫和石墨烯泡沫在空氣中HF加熱(上圖和(d))和在Ar中緩慢加熱(下圖)的照片。在HF加熱處理前后的GNP的(e)拉曼光譜和(f) FTIR光譜。

Fig. 3 (a) PU泡沫、(b) GNP涂層泡沫、(c) GF、(d) GF/環氧復合材料的低倍SEM圖；(e) PU泡沫、(f) GNP涂層泡沫、(g) GF、(h) GF/環氧復合材料的高倍SEM圖；(i)純環氧樹脂與GF/環氧復合材料的TGA曲線。

Fig. 4 (a) GF/環氧復合材料的導熱系數(TC)和熱擴散系數(TD)。(b)不同加載量的GF/環氧復合材料的熱擴散系數隨溫度的變化關系。(c) GF/環氧復合材料和純環氧材料在多次加熱和冷卻循環后的導熱系數。(d)純環氧、GNP/環氧復合材料、GF/環氧復合材料的導熱系數和TCE。(e) GNP/環氧樹脂與GF/環氧樹脂復合材料的熱傳導模型。(f) GF/環氧復合材料與其他石墨烯-環氧復合材料導熱系數的比較。

Fig. 5在純環氧樹脂、GNP/環氧樹脂復合材料和GF/環氧樹脂復合材料表層中心處測量的(a)熱輸運演化和(b)實驗確定的溫度-時間曲線。(c) GF/環氧復合材料的溫度-時間曲線與計算仿真曲線的比較。

相關研究成果于2019年由中國科學院寧波材料技術與工程研究所Jinhong Yu課題組，發表在Nanoscale (DOI: 10.1039/c9nr03968f )上。原文：Graphene foam-embedded epoxy composites with significant thermal conductivity enhancement 。