航天器在太空极端环境中面临严峻的热管理挑战：有限的空间与能源约束使传统主动散热方式（如液冷）难以奏效，而轻量化的铝制散热器虽能减轻载荷，但其天然低表面发射率（仅0.1–0.2）严重制约辐射散热效率——这恰恰是太空环境中唯一可行的散热途径。随着航天器功率密度持续攀升，现有散热方案已无法平衡轻量化与高效散热的需求。尽管学界尝试通过石墨烯、碳纳米管等涂层提升铝材表面发射率，却普遍忽视了一个关键工程瓶颈：热循环工况下涂层与基体的界面剥离问题。这种因材料热膨胀差异导致的失效风险，成为制约航天热控涂层实际应用的”阿喀琉斯之踵”。
论文概要
近日，华南理工大学李静教授团队在《Chemical Engineering Journal》上发表了题为“Graphene/epoxy coating with radiation heat dissipation properties for spacecraft thermal management”的论文。本研究提出一种革新性涂层解决方案：通过焦耳热技术（2400°C/100秒）快速制备低缺陷石墨烯，结合双组分非共价修饰技术突破其在水性环氧树脂中的分散瓶颈，开发出石墨烯/环氧复合辐射散热涂层（GERC）。创新性地采用硅烷偶联剂APTES在铝基表面构筑强粘接界面，使涂层在保持0.93超高红外发射率的同时，实现10.6 MPa的界面结合强度（较未处理基体提升273%）。实验表明，当改性石墨烯添加量为4 wt%时，涂层使铝散热器平衡温度降低14.2°C，散热效率提升至24.15%，且经得起剧烈温差冲击。这项工作首次在分子尺度协同优化了辐射性能与界面可靠性，为下一代航天热管理系统提供了兼具轻量化、高散热与长寿命的涂层技术。
图文解读
图1：GERC制备工艺示意图
该示意图系统展示了石墨烯/环氧复合散热涂层（GERC）的制备全流程：首先通过焦耳热还原技术（2400°C/100 s）将氧化石墨烯（GO）高效转化为低缺陷还原氧化石墨烯（RGO），此过程通过瞬时高温消除含氧官能团并修复sp²碳骨架；随后采用双组分非共价修饰策略，利用苯基癸酸（PBA）的π-π堆叠作用与辛基酚聚氧乙烯醚（POPE）的表面活性剂功能协同改善RGO在水性环氧树脂中的分散性；最终在APTES硅烷处理的铝基表面构建“填料-基体-界面”三重优化结构。该工艺设计创新性地整合了快速还原、分散调控与界面强化三大核心技术环节，为高性能航天热控涂层提供了可扩展的制备路径。
总结展望
总之，本研究通过焦耳热快速还原技术（2400°C/100 s）成功制备低缺陷石墨烯，并创新性地采用双组分非共价修饰策略（苯基癸酸/辛基酚聚氧乙烯醚协同作用）实现其在水性环氧树脂中的稳定分散，最终开发出具有里程碑意义的石墨烯/环氧复合辐射散热涂层（GERC）。核心突破在于：当改性石墨烯（mRGO）填料含量为4 wt%时，涂层同时达成0.93超高红外发射率（接近黑体辐射极限）与10.6 MPa界面结合强度（较未处理基体提升273%），通过协同增强铝基材表面辐射效率与热导率，使航天器散热器平衡温度显著降低14.2℃、热管理效率提升至24.15%。该成果不仅破解了航天热控领域轻量化（铝代铜）与高效散热的长期矛盾，更开创了”结构完整性-分散稳定性-界面可靠性”三重优化的材料设计范式，为极端环境热管理系统提供了新思路。
文献信息：
Ning Li, Zhang Yibo, Yawei Xu, Jing Li. Graphene/epoxy coating with radiation heat dissipation properties for spacecraft thermal management. Chemical Engineering Journal, 2025, 165105, ISSN 1385-8947.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.165105.
本文来自焦耳热超快合成材料，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
