01背景介绍

随着便携式电子设备的不断升级，相应的集成电路也趋于小型化和集成化。然而，随之而来的热量积累问题严重影响了集成电路的运行效率、稳定性和寿命。合适的热管理材料（TMMs）可以有效地分散热点处的积聚热量，并与其他散热部件配合，使电子设备在适当的温度范围内运行。在新兴的TMM中，石墨烯膜（GF）和石墨烯衍生膜因其重量轻、面内（IP）热导率高（K）和优异的机械性能而备受关注。目前对石墨烯基宏观导热膜的研究主要分为以下三个领域。首先，它致力于提高薄膜的K值。其次，通过增加薄膜厚度来提高导热薄膜的热通量，以满足实际应用要求。第三，开发了具有传热和电磁屏蔽等优异性能的多功能热管理膜。然而，对于实际应用，导热膜需要定制和成型以适应集成电路的应用环境，这不可避免地会产生大量的废料。这些废料具有尺寸大、结晶度高、缺陷少的特点，同时保持了良好的K值，值得二次利用。

02成果掠影

近日，华东理工大学王际童、乔文明团队针对在实际应用中，石墨烯切模不可避免地会产生大量具有高 K 值的废料的二次利用取得新进展。研究首先利用聚多巴胺（PDA）对粉碎的大尺寸石墨纳米片（GNs）粉末下脚料进行表面改性，得到GNs@PDA。然后将 GNs@PDA 与氧化石墨烯（GO）片混合，通过自组装制备出石墨烯/GNs@PDA（G/PG）复合薄膜。石墨化后，石墨化的 PDA 通过共价键将 GNs 与衍生的石墨烯 "焊接 "在一起。由此产生的长程有序无缺陷层状堆叠结构有效地促进了声子和电子的传递，从而显著提高了 G/PG 薄膜的 K 值和导电性。G/PG 薄膜的面内 K 值和导电率分别高达 1301.8 W/mK 和 5939.0 S/cm。此外，G/PG 薄膜还具有优异的机械性能、可折叠性和电磁屏蔽性能。这项工作为柔性散热器的制备提供了思路，并实现了 GF 废料的再利用。研究成果以“Modified graphene film powder scraps for re-preparation of highly thermally conductive flexible graphite heat spreaders”为题发表在《Carbon》。

03图文导读

图1. GNs@PDA和G/PG薄膜的制造示意图。

图2.(a,b) GNs 和 (c) GNs@PDA 的扫描电镜图像，(d) GNs 和 GNs@PDA 的 XPS 光谱，(e) GNs@PDA的C1s和 N1s 峰，(g) GNs的 C1s 峰，(h) GNs@PDA/H2O （左）和 GNs/H2O（右）悬浮液停留60分钟。

图3.（a-d）GO/PG-3 薄膜的 EDX 图谱。(e-h）扫描电镜图像，（i）GO/PG-3 薄膜在各个温度阶段和压实前后的数码照片。(j) GO/PG-3 薄膜和 (k) G/PG-3 薄膜的截面 SEM 图像。(l) G/PG-3 薄膜的 HR-TEM。

图4.将 GO 和 GNs@PDA 组装成 G/PG 薄膜的结构演变方案。

图5. (a) 实用传热性能测试平台。(b) 每种散热策略（冷却）的平均温度-时间曲线和 (c) 红外热成像图。

图6. (a) Ku 波段 G/PG-3 薄膜的 EMI SE 和 (b) 系数。

原文 | https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.118827

信息来源：Carbon、洞见热管理

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。