近日，浙江大學高分子系高超教授團隊研發出一種高導熱超柔性石墨烯組裝膜，導熱率最高達到2053W/mK，接近理想單層石墨烯導熱率的40%，創造宏觀材料導熱率的新紀錄；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航空航天等領域獲得重要應用。文章發表在《Advanced Materials》，論文第一作者為博士生彭蠡。
電子電器工作時會發熱，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，研究高導熱高柔性材料至關重要。但現有宏觀材料的高導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，但其導熱率最高值約為429W/mK。一些無機陶瓷材料的導熱率更高，卻很脆。
石墨烯的出現為解決這一矛盾提供了理論上的可能。這一重大科學難題近日被高超教授團隊攻克，他們創造性地提出了“大片微褶皺”思路：大片石墨烯缺陷少，可實現高導熱率；微褶皺使材料在拉伸彎折時有足夠的應變空間，可確保高柔性。
高超告訴《中國科學報》記者，這一新思路實現起來倒很簡便。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) 高溫熱處理，膜中的含氧官能團在高溫下分解，釋放出氣體，同時隨著溫度的升高，石墨烯缺陷結構逐步修復，氣體被阻隔在石墨烯膜內部，因膨脹形成微氣囊；3) 機械輥壓成膜，在外加壓力下微氣囊的氣體被排出，形成微褶皺。
微褶皺往往是應力集中點，在外力作用下褶皺會產生彈性變形，局部褶皺會被拉伸展開形成永久形變。應力越大，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GPI膜，其斷裂伸長率提高了2-3倍，最高值可達到16%。石墨烯微褶皺的可延展性，使得它可以耐受反復折疊、打結、扭曲、指關節反復彎曲、折紙等多種復雜形變。
石墨烯的導熱模式為聲子導熱，邊界、空洞、官能團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，采用高溫熱處理，去除石墨烯表面的官能團并修復石墨烯內部孔洞，得到少缺陷的石墨烯結構。這些結構變化通過拉曼、XRD及透射電鏡檢測進行了確證。所得石墨烯膜的熱導率平均值為1900 W/mK，最高值達到2053 W/mK m?1,超過了最好的GPI膜和其它宏觀材料的導熱率。
該工作受國家自然科學基金及國家重點研發計劃資助。
