中國粉體網訊 近年來，石墨烯因其優異的力學、電學和熱學性能，被譽為“新材料之王”。然而，如何高效制備高性能石墨烯基材料，尤其是高導熱界面材料，一直是科研界和產業界的難題。
近期，北京宇航系統工程研究所徐亞偉團隊提出了一種結合磁場誘導組裝和催化石墨化的新方法，成功制備出高導熱石墨烯基界面材料，這一突破性成果或將徹底改變材料領域的游戲規則！
石墨烯的“導熱之王”潛力
石墨烯是由單層碳原子構成的二維材料，其導熱性能遠超銅、鋁等傳統金屬，理論導熱系數可達5300 W/m·K，是理想的導熱材料。然而，石墨烯在實際應用中面臨兩大挑戰：
1.難以大規模制備高質量石墨烯：傳統方法制備的石墨烯往往存在缺陷，影響其導熱性能。
2.界面熱阻問題：石墨烯片層之間的界面熱阻會顯著降低整體材料的導熱性能。
徐亞偉團隊的新方法，正是針對這兩大難題提出了創新解決方案。
石墨烯復合薄膜的制備過程示意圖
磁場誘導組裝，讓石墨烯“聽話”排列
傳統石墨烯材料的制備過程中，石墨烯片層往往雜亂無章地堆疊，導致界面熱阻高、導熱性能差。
徐亞偉團隊巧妙地利用磁場誘導組裝技術，將Fe3O4負載到氧化石墨烯（GO）上形成磁性氧化石墨烯（MGO），并在外部磁場作用下使其排列成有序結構。然后加入葡萄糖作為碳源，在800℃下進行熱還原，以填充MGO薄膜中的缺陷并減少聲子散射。這種有序結構不僅降低了界面熱阻，還顯著提升了材料的整體導熱性能。
(A)GO自組裝；(B)GO薄膜磁場誘導組裝；(C)MGO磁偶極子上的偏轉力；
薄膜SEM形貌圖：(D)GO；(E)MGO；(F)GO橫截面；(G)MGO橫截面；
(H)GO薄膜的自組裝和定向組裝方位角圖；(I)MGO薄膜的磁場誘導定向組裝示意圖
催化石墨化，讓石墨烯“更完美”
除了磁場誘導組裝，徐亞偉團隊還引入了催化石墨化技術，使用Fe作為催化劑在1500℃下進行催化石墨化，將非晶碳轉化為石墨化碳，進一步減少聲子散射。最后，在1800℃下進行第二次石墨化以修復結構缺陷，最終制備出的石墨烯薄膜熱導率為1004.4 W/mK，顯著高于在相同條件下還原GO獲得的石墨烯薄膜（420.2W/mK）。
Fe催化石墨化機制示意圖
(A)GF、GLC-GF和GLC-Fe/GF薄膜的熱擴散系數和熱導率；
(B)GLC-1-Fe/GF,GLC-3-Fe/GF,GLC-5-Fe/GF,GLC-10-Fe/GF,GLC-15-Fe/GF和GLC-20-Fe/GF薄膜的熱擴散系數和熱導率
未來展望
徐亞偉團隊的這一突破性成果，不僅為高導熱石墨烯材料的制備提供了新思路，也為石墨烯材料的產業化應用鋪平了道路。未來，隨著技術的進一步成熟，石墨烯材料有望在更多領域大放異彩，成為推動科技進步的重要力量。
1.航空航天領域：高導熱材料可用于航天器的熱管理系統，有效解決極端環境下的散熱問題。
2.電子設備：隨著5G、人工智能等技術的快速發展，電子設備的散熱需求日益迫切，石墨烯基材料有望成為下一代散熱解決方案。
3.新能源領域：在鋰離子電池、燃料電池等新能源設備中，高導熱材料能夠顯著提升設備的熱管理效率，延長使用壽命。
參考來源：
1.Carbon，金臺資訊（人民網），網絡公開信息
2.中研網：石墨烯材料產業還面臨著一系列技術挑戰，石墨烯產業現狀分析
（中國粉體網編輯整理/輕言）
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