刘忠范院士团队AM：通过相工程石墨烯封装，使氮化铝（AlN）具备优异的抗水解性能（30天应用导热率变化小于1%)，同时导热率提升38.7%

氮化铝（AlN）是下一代热管理的关键材料，但其极易水解的特性严重影响了其长期可靠性。本文通过引入相工程策略，从根本上重构了AlN表面，从而超越了传统的表面改性方法。

北京大学、北京石墨烯研究院刘忠范院士等研究团队利用流化床化学气相沉积技术，在AlN粉末上精确构建了保形、高结晶度、低缺陷的石墨烯“表层”（D峰与G峰的强度比约为0.088）。该表层独特的生长动力学和界面相由AlN衬底决定，这与传统的非金属衬底截然不同。密度泛函理论计算表明，该工艺形成了一种具有独特C-Al-N构型的共价键异质界面，从而超越了弱范德华相互作用。

这种相工程石墨烯表层具有双重协同功能：通过优化热传输路径，将氮化铝（AlN）的热导率提高了38.7%；同时，它还作为超稳定的屏障，赋予材料优异的抗长期湿热老化性能，在30天内，热界面材料的热导率变化小于1%。

这项工作解决了氮化铝环境稳定性和热性能之间长期存在的矛盾，建立了相工程石墨烯封装陶瓷填料的新范式，从而实现了高稳定性、耐水解和高导热复合材料的规模化制备。

图1：低缺陷、耐水解的石墨烯包覆氮化铝粉末的示意图和表征。

图2：石墨烯包覆氮化铝粉末材料的表征。

图3：CH3物种在AlN(0001)和α-Al2O3(0001)表面上的扩散、附着和脱氢动力学

图4：石墨烯包覆氮化铝粉末的耐水解性能。

图5：利用可扩展的FB-CVD生长系统大规模生产石墨烯包覆的AlN粉末。

该研究以题为“Concurrent Hydrolysis Resistance and High Thermal Conductivity in Aluminum Nitride Enabled by Phase-Engineered Graphene Encapsulation”发表在《Advanced Materials》

链接：https://doi.org/10.1002/adma.202523695