一種新穎且簡(jiǎn)便的限域膨脹法制備高取向石墨（CEG）氣凝膠
石墨烯具有非常優(yōu)秀的熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率等性能，常被用作聚合物材料的改性添加劑，用來(lái)改善聚合物的熱性能、電學(xué)性能、力學(xué)性能乃至綜合性能，從而大幅度拓展聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。然而石墨烯這類(lèi)二維片層填料在聚合物基體中容易沿水平方向發(fā)生自發(fā)取向，且使填料實(shí)現(xiàn)水平取向的制備工藝比較簡(jiǎn)便，使得制備水平方向高導(dǎo)熱復(fù)合材料比較容易，制備垂直方向高導(dǎo)熱的聚合物復(fù)合材料難度則比較高。
從現(xiàn)有的研究中可以看出，制備垂直方向高導(dǎo)熱的復(fù)合材料的難度明顯高于制備水平方向高導(dǎo)熱的復(fù)合材料，目前仍然存在制備工藝過(guò)于復(fù)雜、填料取向效果不好兩個(gè)明顯的問(wèn)題，利用簡(jiǎn)便的方法實(shí)現(xiàn)垂直方向高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備是具有挑戰(zhàn)性并值得關(guān)注的研究方向。
本文，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系盧紅斌課題組?在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊發(fā)表名為“Highly Oriented Graphite Aerogel Fabricated by Confined Liquid-Phase Expansion for Anisotropically Thermally Conductive Epoxy Composites”的論文，研究基于課題組的液相膨脹技術(shù)，開(kāi)發(fā)了限制膨脹技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了膨脹過(guò)程中石墨烯片層自動(dòng)取向，得到了垂直方向取向度高的限域膨脹石墨，進(jìn)一步澆筑環(huán)氧樹(shù)脂即可得到垂直方向高導(dǎo)熱的復(fù)合材料，在填料含量?jī)H為1.75?wt%時(shí)，復(fù)合材料垂直方向熱導(dǎo)率高達(dá)4.14?W?m-1?K-1，是其水平方向熱導(dǎo)率的近8倍，且為純環(huán)氧樹(shù)脂垂直方向熱導(dǎo)率的近10倍。同時(shí)，復(fù)合材料也表現(xiàn)出優(yōu)秀的耐高溫性能，可以滿足長(zhǎng)時(shí)間的高溫散熱應(yīng)用。這種新型的限域膨脹制備高度取向石墨烯氣凝膠的方法為垂直方向高導(dǎo)熱復(fù)合材料的簡(jiǎn)易制備提供了一種新的思路，并具有放大的可操作性和良好的應(yīng)用前景。
總結(jié)
首次提出一種限域的液相膨脹方法，以制備高度取向的CEG氣凝膠并改善聚合物復(fù)合材料的貫穿面熱傳導(dǎo)。通過(guò)使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的反應(yīng)容器和便捷的液相膨脹方法，可以得到垂直取向的CEG氣凝膠。浸入EP樹(shù)脂中并隨后固化后，可以輕松制備垂直導(dǎo)熱的EP / CEG復(fù)合材料。此工作提供了一種新穎，低成本且在工業(yè)上可行的方法來(lái)制造具有高κ⊥并具有出色應(yīng)用潛力的聚合物復(fù)合材料。
