自图案化石墨烯复合界面功能材料及强化传热机制的研究

Heat transfer is the basic form of energy transfer between different temperature substances. Traditional theory of heat transfer and technology based on macro-scale system has already been developed to a certain height, efficient heat transfer of the ultra/high temperature materials surface and micro/scale fine thermal control systems have become the future energy supply, high performance materials science and nanotechnology development entails. Based on the modification of graphene, we design and construct self-patterned interface functional materials to discover the effect of graphene layers connective molecule and the self-patterned factors of micro/nano-scale clusters, and research the mechanism of heat transfer enhancement. In this project, we will propose a new mechanism of heat transfer enhancement of patterning micro-structure surface and apply it to the fine architecture of the rough interface thermal conductive materials. Finally, this work will support for the development of high-tech heat transfer and thermal engineering theories and technics.

传热是不同温差物质之间能量传递的基本形态。当今宏观尺度系统上传统传热理论与技术的发展已至一定高度，高温/超高温材料界面的高效传热及微尺度系统上精密热控已成为未来能源供应、高性能新材料与纳米技术科学发展必然要求。本项目以改性石墨烯为基础，设计与构筑自图案化界面功能材料，探索石墨烯层间连接分子叠加效应与微/纳米尺度团簇杂化结构等自图案化诱导因素在微结构界面功能材料构筑中的作用方式，研究图案化微结构对多相界面传热的影响机制。通过本项目的研究，提出一个新的图案化微结构强化传热机制，并将其应用于精细粗糙结构界面传热材料的构筑，为发展高技术传热学和多相传热工程提供理论依据和技术支撑。

二维石墨烯材料以其独特的物理功能及巨大的潜在应用价值而成为物理科学及凝聚态材料物理界的一颗冉冉升起的巨星。本项目研究以改性石墨烯为基础，首次实现了图案化氧化石墨烯微球的构筑。研究表明氧化石墨烯片层沿径向方向生长，逐步形成花冠式自图案化球形表面。研究了不同酸度、氧化方式及无机盐对鳞片石墨的渗透与膨胀剥离能力，探索了氧化石墨烯的自组装条件。自图案化石墨烯结构的层间生长方式的调控及微/纳米团簇杂化结构等自图案化诱导因素在微结构界面功能材料构筑中的作用尚需进一步深入研究。通过本项目的进行，首次揭示氧化石墨烯片层径向生长机制，石墨烯的径向自组装也为功能化石墨烯应用于石墨增强复合催化材料、快速高密度能量储放材料及高效热传递材料的设计提供了新思路。