背景介绍
5G设备高频化导致发热剧增，亟需高效热管理材料。石墨烯薄膜因优异导热性成为潜力方案，其性能高度依赖前驱体与碳化工艺。目前，聚酰亚胺（PI）可制得高质量石墨烯薄膜，但成本高、需高温干法加工且难拉伸；聚恶二唑（POD）虽成本低且加工性已改善，但传统工艺制得的薄膜分子链取向不足，导热性受限，亟需开发新工艺突破瓶颈。
研究成果
近日，四川大学陈枫教授团队提出 “湿膜双轴拉伸” 创新策略，以聚对苯撑 – 1,3,4 – 恶二唑（POD）为前驱体，利用其湿法制备过程中形成的富水凝胶中间态，在碳化前实现双轴拉伸处理，成功突破传统聚合物前驱体加工限制。该工艺通过显著提升分子面内取向度与堆积密度，有效破坏三维分子无序结构并促进二维结晶有序性，大幅提升石墨化效率。最终制备的石墨烯薄膜厚度为 40 μm，导热系数高达 1693 W/(m・K)，层间距仅 3.355 Å，接近理想堆叠石墨烯结构。与 PI 相比，POD 成本更低、加工更简便，且湿法工艺兼容性强，该方法为高性能石墨烯薄膜提供了成本效益高、可规模化的制备路径，为下一代电子设备热管理提供了极具潜力的解决方案，相关研究成果以 “Biaxial stretching of wet-cast polyoxadiazole films for high-thermal-conductivity graphene films toward cost-effective thermal management” 为题，发表于《Chemical Engineering Journal》。
图文速览
图1. POD 及石墨烯薄膜制备流程示意图。（示意图展示了从 POD 前驱体制备到石墨烯薄膜形成的关键步骤：梯度凝固、双轴拉伸、冷压、碳化、石墨化）
图2. 不同拉伸参数下 POD 薄膜的结构与性能分析。(a)-(b) 不同拉伸比 POD 薄膜的二维小角 X 射线散射（2D-SAXS）图谱对比分析；(c) 干燥与湿润 POD 薄膜的拉伸性能对比分析；(d) 不同拉伸比和拉伸速率下 POD 薄膜的二维掠入射 X 射线衍射（2D-GIXRD）图谱对比；(e)-(f) 不同拉伸比和拉伸速率下 POD 薄膜的一维掠入射 X 射线衍射（1D-GIXRD）图谱对比（面内与面外方向）。
图3. 不同拉伸参数下 POD 薄膜的偏振拉曼分析。(a)-(d) 不同拉伸参数 POD 薄膜的偏振拉曼数据；(e) 不同拉伸比下 POD 薄膜取向度的雷达图；(f) 不同拉伸速率下 POD 薄膜取向度的雷达图；(g) POD 薄膜中苯环取向示意图。
图4. 不同拉伸比和拉伸速率下石墨烯薄膜的表面形貌。（展示了不同拉伸参数对应的石墨烯薄膜表面外观特征，高拉伸比和快拉伸速率下的薄膜表面更光滑，金属光泽更明显）
图5. 石墨烯薄膜的微观结构表征。(a) 不同拉伸比石墨烯薄膜的横截面与表面扫描电子显微镜（SEM）照片；(b) 1.5-3-g 石墨烯薄膜（拉伸比 1.5、拉伸速率 3%/s）的透射电子显微镜（TEM）图像；(c) 未拉伸（origin）石墨烯薄膜的透射电子显微镜（TEM）图像。
图6. 石墨烯薄膜的结晶结构与缺陷分析。(a) 不同石墨烯薄膜的XRD图谱；(b) 不同石墨烯薄膜的（002）晶面层间距（d₀₀₂）对比；(c) 石墨烯薄膜表面的拉曼光谱；(d) 石墨烯薄膜横截面的拉曼光谱。
图7. 石墨烯薄膜的导热与导电性能对比。(a) 不同拉伸参数下石墨烯薄膜的导热系数对比（含相同厚度未拉伸样品对照）；(b) 不同拉伸参数下石墨烯薄膜的导电率对比。
图8. 石墨烯薄膜的散热性能测试。(a) 不同石墨烯薄膜在点热源加热下的红外热成像图（左侧为初始 20℃，右侧为加热至 80℃，展示 0s、3s、10s 时的温度分布）；(b) 不同石墨烯薄膜的温度 – 时间曲线（含商用石墨薄膜对照）。
文献信息
标题：Biaxial stretching of wet-cast polyoxadiazole films for high-thermal-conductivity graphene films toward cost-effective thermal management
链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.174262
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