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近日，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院鄭慶彬教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際材料著名期刊 Carbon發(fā)表以“Micro-diamond Assisted Bidirectional Tuning of Thermal Conductivity in Multifunctional Graphene Nanoplatelets/nanofibrillated Cellulose Films”為題的研究文章。

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01《Carbon》介紹

《Carbon》雜志是一個(gè)國(guó)際多學(xué)科平臺(tái)，涵蓋碳材料領(lǐng)域的科學(xué)進(jìn)展，是國(guó)際碳材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊，2020年期刊影響因子9.594，JCR分區(qū)Q1。

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02??研究背景

近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車(chē)電池能量密度的不斷提升及消費(fèi)電子器件內(nèi)部集成電路的超薄化、智能化及多功能化的發(fā)展趨勢(shì)，器件亟需的散熱需求引起人們對(duì)熱界面材料的開(kāi)發(fā)產(chǎn)生了極大的興趣。熱界面材料能夠促進(jìn)工作器件中熱源的散熱，從而保證器件的長(zhǎng)壽命、高性能和可靠性。由于其成本低、重量輕、加工性能好，聚合物基熱界面材料受到了廣泛的關(guān)注。過(guò)去，利用氮化硼和石墨烯等高導(dǎo)熱二維填料制備有機(jī)熱界面材料的研究已經(jīng)被廣泛報(bào)道，但是受制于二維片層結(jié)構(gòu)影響，熱界面材料面外導(dǎo)熱系數(shù)通常低于5Wm-1K-1, 開(kāi)發(fā)具有雙向高導(dǎo)熱的熱界面材料仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

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03??研究?jī)?nèi)容

文章中圖4：制備材料的導(dǎo)熱性能優(yōu)化及研究。

在本研究中，作者通過(guò)一種綠色、簡(jiǎn)便的自組裝方法，制備了具有雙向可調(diào)導(dǎo)熱性能的微米金剛石嵌入的石墨烯納米片/納米纖維素原纖(MDs@GNPs/NFC)薄膜，通過(guò)調(diào)整微米金剛石含量及粒徑尺寸來(lái)誘導(dǎo)熱量傳遞路徑的變化。由于納米纖維素原纖具有良好的力學(xué)性能和獨(dú)特的自組裝能力，因此被選擇作為聚合物基體來(lái)取代傳統(tǒng)的合成聚合物。石墨烯納米片作為主要的傳熱介質(zhì)，引導(dǎo)熱量沿石墨烯骨架傳遞，而不同尺寸的微米金剛石有助于石墨烯納米片沿不同的排列方向形成三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)熱量的多方向傳遞。最終，所制備的薄膜在經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)整及碳化處理后，面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)維持32.01 Wm-1K-1的同時(shí)，面外導(dǎo)熱系數(shù)能夠達(dá)到8.85 Wm-1K-1。在實(shí)際的應(yīng)用測(cè)試中，所制備材料展現(xiàn)出良好的散熱性能。此外利用COMSOL Multiphysics仿真軟件進(jìn)行三維數(shù)值模擬，進(jìn)一步驗(yàn)證了制備薄膜散熱能力的有效性。所制備的薄膜同時(shí)還表現(xiàn)出了優(yōu)異的電-熱轉(zhuǎn)化性能，實(shí)現(xiàn)熱界面材料“主動(dòng)預(yù)熱和被動(dòng)冷卻”的全天候熱管理性能，從而降低電動(dòng)汽車(chē)電池的生產(chǎn)成本及體積。

文章中圖8：制備材料的電熱性能研究

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04 作者簡(jiǎn)介

鄭慶彬教授2011年博士畢業(yè)于香港科技大學(xué)機(jī)械及航空航天學(xué)系，2019年加入香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院擔(dān)任助理教授并入選國(guó)家海外高層次青年人才項(xiàng)目。鄭教授曾任德國(guó)德累斯頓萊布尼茨高分子研究所“洪堡學(xué)者”及香港科技大學(xué)機(jī)械及航空航天學(xué)系研究助理教授，曾獲德國(guó)“洪堡學(xué)者”及香港科技大學(xué)高等研究院“青年學(xué)人”等榮譽(yù)并獨(dú)立主持國(guó)家自然科學(xué)基金，德國(guó)洪堡基金，香港研究資助局優(yōu)配研究金等項(xiàng)目。鄭教授長(zhǎng)期從事納米碳材料與集成器件的先進(jìn)制造加工及其在機(jī)械、電子、航空航天、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，如多功能復(fù)合材料、柔性顯示、柔性傳感和柔性電磁屏蔽等，取得了一系列重要研究成果，已在Progress in Materials Science, Materials Today, Advanced Functional Materials, Small, ACS Nano, Materials Horizons, Nanoscale Horizon, Nano-Micro Letters, Carbon等本領(lǐng)域頂級(jí)期刊發(fā)表文章70余篇，論文總計(jì)被引用5000余次，H-index為38。

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張銀行博士2020年博士畢業(yè)于韓國(guó)仁荷大學(xué)化學(xué)學(xué)院，2020年加入香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院鄭慶彬教授團(tuán)隊(duì)擔(dān)任博士后，主要研究方向?yàn)閷?dǎo)熱材料、熱電復(fù)合材料及電熱膜等。已在A(yíng)dvanced Functional Materials, Small, Carbon, Chemical Engineering Journal, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Composites Part B: Engineering 等復(fù)合材料領(lǐng)域TOP期刊發(fā)表論文二十余篇，H-index為20。