亮点
- 构建了具有三维互联网络的先进 Gr-CNTs 层级结构。
- 在显著提升导热系数的同时，保持较高潜热储热能力。
- 展现出优异的芯片热管理性能与光热转换能力。
有机相变材料（PCMs）导热能力不足，是制约其实现高效储热、难以在实际热管理系统中应用的主要瓶颈。导热碳填料已被广泛用于提升材料传热性能，但填料团聚问题以及相变材料占比下降，使得在提升导热系数的同时维持高潜热储热能力成为长期难题。
广东工业大学研究团队通过在硅烷功能化石墨烯表面生长碳纳米管阵列，制备出层级结构石墨烯 – 碳纳米管（Gr-CNTs）杂化填料，并将其引入相变基体，制得多功能相变复合材料。
图摘（示意图说明：首先对石墨烯进行硅烷功能化改性，随后通过化学气相沉积（CVD）在改性石墨烯表面原位生长碳纳米管阵列，得到 Gr‑CNTs 分级杂化填料。该结构具备多级光反射效应，形成热桥实现声子传导；三维互联网络同时实现高焓值与高导热性能。对比已发表文献，本工作同时实现高焓值与高导热。）
该层级结构可有效抑制石墨烯片层堆叠，构建连续三维传热通路，协同改善声子输运性能、储热潜热与光热转换能力。所得复合材料导热系数可达 2.131 W・m⁻¹・K⁻¹，约为纯相变材料的 10 倍，同时熔融焓保持在 201.63 J・g⁻¹。模拟芯片热管理测试表明：脉冲加热条件下，该材料可将芯片稳态工作温度降低 8 ℃，抑制瞬态温升幅度达 23 ℃。有限元模拟进一步证实，由碳纳米管桥接形成的连通石墨烯网络能够有效降低界面热阻，加快材料内部热量传递。
本研究提出一种通用的层级填料设计策略，可同步提升相变复合材料的传热性能、储热潜热与光热转换能力，为开发先进热管理技术提供可行方案。
上图：(a) C22/Gr 与 C22/Gr‑CNTs 的导热系数模拟结果；(b) C22/Gr 与 C22/Gr‑CNTs 的有限元模拟结果；(c) 导热机理示意图；(d) 本工作与已报道相变复合材料的导热系数‑焓值对比图。
研究以题为“A hierarchical graphene–carbon nanotube hybrid architecture for high-performance phase change composites with efficient thermal transport and photothermal conversion”发表在《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》
DOI：10.1016/j.colsurfa.2026.141694
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