垂直取向石墨烯聚集体骨架，一种简单，可规模化，低成本的导热PVA复合材料制备方法

石墨烯优异的导热性能使其成为高功率电子器件的首选散热材料。然而，制备具有高面外导热系数的石墨烯/聚合物复合材料用于热管理面临工艺复杂、成本高昂和可规模化差等问题，严重阻碍了其实际应用。

燕山大学张瑞军教授等研究团队开发了一种独特而简便的策略，通过天然石墨（NG）薄片的定向排列以及室温下NG一步取向转化为GA，构建了垂直取向的石墨烯聚集体（GA）骨架。所得GA骨架由缺陷少、氧含量低的垂直取向GA组成。低聚乙烯醇（PVA）负载量（7.2 wt%）的GA/PVA薄膜具有良好的机械性能和高达145.6 W/m•K的垂直向导热系数（K⊥），在对热管理要求极高的应用领域展现出巨大的潜力。高 PVA 负载量（89.1 wt%）的薄膜具有优异的柔韧性，K⊥高达38.6 W/m•K，K⊥增强效率高达 14.07——远优于其他已报道的碳基导热填料，使其在高功率微电子热管理方面具有广阔的应用前景。

创新制备方法

团队开发了一种无需氧化石墨烯（GO）中间体的直接转化法，主要步骤包括：

• 浆料制备：将天然石墨（NG）、H₂SO₄和KHSO₅混合形成浆料。

• 取向排列：通过真空抽滤使NG薄片在水平方向定向排列。

• 室温转化：在特制容器中室温静置24小时，NG在KHSO₅分解产生的O₂气体作用下定向膨胀转化为GAs，形成垂直取向的GAs泡沫。

• 热处理：450°C热处理去除残留酸，得到垂直取向的GAs骨架（VGF）。

亮点

• 团队开发了一种简便、可规模化的策略来构建垂直取向的石墨烯聚集体（GA）框架。
• 仅含 7.2 wt% PVA 填充的 GAs /PVA 薄膜表现出优异的机械性能和高达 145.6 W/m•K的面内 K ⊥。
• 填充 89.1 wt% PVA 的 GAs /PVA 薄膜表现出优异的柔韧性和出乎意料的高 K⊥增强效率η达14.07。

该研究以题为“Scalable and low-cost preparation of the vertically oriented graphene aggregates-framework for high efficient thermal management”发表在《Applied Surface Science》

链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2026.166721