超级蒙烯

研究发现乙烯/乙炔衍生的C2/C2H及丙烷衍生的C3/C3H是驱动石墨烯生长的关键活性物种，其中C2H和C3凭借优异的迁移能力主导成核过程。实验验证乙炔、乙烯与丙烷可作为理想碳源，其协同作用有效促进石墨烯合成。该发现揭示了石墨烯包覆玻璃纤维（GGFF）的合成机制，为绝缘基底上石墨烯的可控生长提供了理论支撑，对新型结构-功能一体化复合材料的开发具有重要科学参考价值。

本研究中，通过化学气相沉积（CVD）在GGFF中的每根石墨烯覆盖玻璃纤维上原位生长高质量、厚层的h-BN层。该过程因基底的非催化、非金属特性而极具挑战性。这种原位符合性h-BN封装成功解锁了GGFF内的导电网络，显著提升了其在压力/变形条件下的电学稳定性，同时未牺牲织物的内在柔韧性和结构。

通过调节石墨烯厚度和AFF孔径，GAFF的片状电阻（1-10 000Ω·sq−1）、电热能力（高达约1400 °C）以及电磁反射率（约0.003至0.91）和透射率（约0.98至0.0001）均具有广泛的可调性。制备出了具有高电磁反射率和低透射率的加热-屏蔽一体化器件（GAFF-HS），以及具有低电磁反射率和高透射率的加热-传输兼容器件（GAFF-HT），这两种器件分别针对不同的应用领域：电磁干扰屏蔽系统和雷达系统的电热防/除冰。

主要内容围绕着一种创新的预熔基底促进的选择性刻蚀（PSE）策略展开，旨在直接在介电基底上生长高质量的石墨烯。研究团队首先通过调节化学气相沉积（CVD）系统的温度，使玻璃纤维表面达到预熔状态，这一状态的实现是通过在三区高温炉中进行退火处理完成的。在这一过程中，玻璃纤维被加热至特定温度，使其表面达到一种预熔但不破坏其纤维状结构的状态，这为后续的石墨烯生长提供了有利条件。

报告从铜箔单晶化、铜基石墨烯高温生长、石墨烯-铜高温复合等方面，介绍了孙禄钊博士团队近年来发展的新技术和新产品，并交流蒙烯铜材料未来的应用前景。

在本研究中，通过在市场上可买到的非金属 AF/AFF 基底上直接进行石墨烯 CVD 生长，开创了GAF/GAFF的先河。值得注意的是，在γ-Al2O3-AF 上生长石墨烯的过程中，首次在非金属衬底上发现了石墨烯独特的 VSS 生长模式，这与在传统催化惰性非金属衬底上观察到的众所周知的 VS 生长模式截然不同，从而导致了石墨烯相对快速的低温生长。所提出的 VSS 生长模型大大推进了我们对非金属基底上石墨烯 CVD 生长的理解。除了实验室水平的 GAFF 制备，我们还实现了大规模 GAFF 的稳定量产。

与GGFF相比，在CNT/GGFF中构建三维导电和导热网络可使板材电阻降低>90%，抗拉强度提高4.5倍，热阻降低>70%，在复合材料、散热和除冰等领域的应用前景广阔。此外，CNT/GGFF的热阻表现出与温度无关，将应用扩展到航空和航天，因为传统材料的热导率随环境温度的变化会对飞机的热稳定性、可靠性和寿命产生不利影响。

本工作首次报道了通过二元前驱体协同CVD策略在GFF基底上可控生长石墨烯。利用分解效率高的乙炔作为活性炭原料实现石墨烯的快速生长，含氧丙酮则可提高石墨烯层的均匀性和晶体质量。二元前驱体的协同作用实现了石墨烯生长速率的提高同时降低了石墨烯的缺陷密度。设计了二元前驱体分叉引入-合流预混（BI-CP）系统，包括利用高精度注射泵控制液态丙酮的输送、二元前驱体与载气的预混合和汽化、气相传输管线的加热措施和监测单元，实现了前驱体的稳定可控引入。设计的BP-CP CVD系统可实现批次间和批次内GGFF的稳定制备，在热管理应用方面具有巨大的潜力。