天津大学材料学院封伟

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天津大学材料科学与工程学院封伟教授团队提出以高弹性石墨烯交联三维碳纳米管海绵体为模板，制备出一种兼具导热、导电和良好压缩回弹性的聚酰亚胺/碳复合材料。通过控制网络节点处的石墨烯交联、界面相互作用和复合均匀性，使刚性聚酰亚胺复合材料呈现出压力可调的导热和导电性能，可实现界面高效热管理和压力敏感性能。结果显示，通过高温碳化节点处均匀包覆的聚酰亚胺，获得了高质量石墨烯交联结构的三维碳管网络，长程共轭结构实现了声子在网络和界面处的快速传导，解决了碳管网络内部界面弱连接导致界面热阻过高和循环压缩性能差的难题；同时均匀包覆聚酰亚胺的碳管网络能实现与不同含量聚酰亚胺基体的均匀复合，从而实现了三维网络结构的复合材料的密度和孔隙率的调控，为实现高导热（电）和高弹性的兼顾提供了材料基础。

在控制聚酰亚胺含量的基础上，获得了一系列具有不同导热（电）和弹性形变的弹性复合材料（Gw-CNT/PI），其导热系数和可压缩率分别在0.325 ~10.89 W/mK和2.2%~49.9%（压力：1 MPa）范围可调。通过有限元分析进一步证实了通过施加不同外力可实现声子在不同密度的三维网络结构内的快速定向传导。该性能使聚酰亚胺基导热弹性体适用于不同结构的界面热传导或压力传感，极大地拓宽了该材料的应用领域。将该弹性复合材料作为界面热材料置于模拟动态伸缩的器件内，发现该导热弹性体能在超过200次压缩/回弹循环后，仍保持与两侧界面的良好接触，从而大幅降低界面处的温度梯度，使热量从高温区向低温区传导，降低局部过热程度。

以石墨烯交联的弹性碳纳米管海绵体为模板，通过均匀复合，不仅可以实现了界面高效热传导和弹性形变的可调，而且赋予了高模量刚性聚酰亚胺复合材料高导热（电）和压缩回弹性。有限元分析和动态热管理器件应用分别从理论和实际角度，证明了Gw-CNT/PI复合弹性体可以实现在不同压缩形变下热传导的有效调控，该结果表明该导热弹性体是未来极端复杂环境热管理领域的理想材料之一。

该工作近期以“Stress Controllability in Thermal and Electrical Conductivity of 3D Elastic Graphene-Crosslinked Carbon Nanotube Sponge/Polyimide Nanocomposite”为题发表在期刊Advanced Functional Materials（DOI：10.1002/adfm.201901383）上（文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201901383），文章第一作者为博士研究生张飞，通讯作者为封伟教授，共同通讯作者为冯奕钰教授。