构建高效的导电填料网络对于制造功能性聚合物复合材料至关重要。尽管二维（2D）片材在纳米复合材料中占主导地位，但它们在增强导电功能方面的效率似乎达到了极限，就好像仅仅解决了分散均匀性一样。在这里，我们利用二维片材无法识别的几何曲率来打破填充系统的效率限制。我们引入双曲曲率概念来调解 2D 平面拓扑和 3D 填充空间之间的不相容性，并通过面对面接触保持有效的导电路径。双曲线石墨烯框架在增强纳米复合材料的导电和导热功能方面表现出创纪录的效率。在仅 1.6% 的体积负载下，热导率和电导率达到 31。分别为 6 W/(mK) 和 13 911 S/m。我们证明了具有双曲线石墨烯气凝胶框架的导电纳米复合材料可用于热管理、传感和电磁屏蔽。我们的工作提供了一种解决方案来协调片材的 2D 平面结构与高度预期的 3D 导电路径之间的不相容性，提出了一种几何优化的填料系统，以打破多功能纳米复合材料的效率限制，并通过曲率调制拓宽 2D 片材的结构设计空间满足更多应用。
图文简介
具有 0D、1D、2D 和 3D 纳米填料的聚合物纳米复合材料示意图。(a) 聚合物纳米复合材料中连续导电路径的代表图和 (b) 其导电性能的典型演变。(c) 具有不同纳米填料的聚合物纳米复合材料的热增强因子，分为混合系统和填充系统。
HGA 的形态和物理特性。(a) 超薄 GO 薄膜在水塑发泡过程中的原位光学观察和获得的 HGA 的 SEM 图像。(b) HGAs的纳米CT图像和示意图。(c) HGA 的 XY 平面切片图像。(d) HGA 的 YZ 平面切片图像。(e) 基本双曲线单元的 Nano-CT 图像和示意图。（ f ）HGA的横截面形态。(g) 2800 °C 热处理后 HGA 的 TEM 和 (h) HR-TEM 图像。插图是正方形区域的电子衍射图案。(i) 密闭空间(100 × 100 × 100 μm 3 ) 不同密度的双曲网络和多面体网络的接触面积计算）通过三维纳米CT。插图是不同密度的三维 CT 图像。(j 和 k) 先前报道的碳网络的电导率和热导率的比较，包括 2800 °C 处理的 FDGA、CVD 生长的 GA 等。
HGA 填充聚合物纳米复合材料。(a) HGA 嵌入 PDMS 矩阵的示意图。(b) 大型柔性 PGC 的数码照片。(c) 具有典型 HGA 轨迹的 PGC 的顶视图和侧视图 SEM 图像。(d) PGC 与其他报道的聚合物复合材料的热导率和电导率比较，包括 2800 °C 处理的 FDGA、CVD 生长的 GA 和其他填充系统。
PGC 的机械和电磁特性。(a) PGCs 1000 次循环测试的机械拉伸、(b) 弯曲和 (c) 压缩性能。(d) 频率范围为 2-18 GHz、厚度为 1 mm 的 PGC 的 EMI 屏蔽性能。(e) PGCs 与其他聚合物复合材料与 MXenes、CNTs、AgNWs 和石墨烯纳米填料的 EMI 屏蔽性能比较。
柔性 PGC 的热管理。(a) PGCs作为大功率LED灯的热扩散和传热材料的示意图。(b) 带有 PDMS 和用于散热的 PGC 的 LED 灯的红外图像和 (c) 绘制的温度曲线。(d) 带有 PDMS 和用于传热的 PGC 的 LED 灯的红外图像和 (e) 绘制的温度曲线。
论文信息
论文题目：Hyperbolic Graphene Framework with Optimum Efficiency for Conductive Composites
通讯作者：Kai Pang，许震
通讯单位：浙江大学
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