短切碳纖維是由碳纖維長絲經纖維短切而成,相較于碳纖維長絲可以更均勻地分散在基體材料中。短切碳纖維不僅具有超高的機械強度、較低的密度及良好的熱穩定性,而且是一種性能優異的導熱材料,是提高聚合物材料導熱性能的理想導熱填料。但是,一維材料存在嚴重的導熱各向異性,如何充分控制短切碳纖維在聚合物基體材料中呈豎直取向,從而充分利用碳纖維的軸向高導熱得到具有優異縱向熱導率的復合材料是研究的關鍵。常用的方法是通過對短切碳纖維施加外電場,使碳纖維沿豎直方向取向。但是這種方法需要較強的電場強度且工藝較為復雜,另外復合材料厚度受限于纖維的長度較難得到厚度適宜的導熱復合材料。
基于上述問題,中國科學院寧波材料技術與工程研究所表面事業部功能碳素材料團隊通過利用單軸溫度場下冰晶的定向引導作用,使得短切碳纖維沿垂直方向取向,得到了具有“微蘆葦叢”結構的碳纖維多孔泡沫,其制備流程和微觀結構如圖1所示!微蘆葦叢”結構充分利用碳纖維的軸向高導熱增強聚合物材料的導熱性能。該方法制備的復合材料的熱導率高達6.04 Wm-1K-1,并且得到的復合材料具有良好的柔順性,有望代替傳統的聚合物材料解決電子電氣設備的散熱問題。
圖1 (a) 復合材料制備流程示意圖,(b) CF的SEM圖及尺寸分布圖, (c-d) 蘆葦叢圖片,(e) CF foam的微觀形貌圖。
相關工作已發表在化工領域的核心期刊(Chem. Eng. J., 2019, 375, 121921),并獲得國家自然科學基金(51573201和U1709205)、浙江省公益技術應用研究計劃(2016C31026)和3315創新團隊等項目資助。
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894719313154#!
- 斯威本科技大學王浩、南昆士蘭大學宋平安/霍思奇 Adv. Sci.:生物基環氧vitrimer-高性能碳纖維復合材料回收新策略 2025-10-29
- 浙江大學高超/劉英軍/許震、清華大學徐志平 Nat. Mater.:室溫制備高性能石墨烯基碳纖維 2025-10-21
- 天大汪懷遠教授團隊 Carbon:量子點改性填料與改性碳纖維協同構筑新型雙向高導熱CFRP復合材料 2025-06-18
- 提出“表面能匹配”界面設計法則 - 福建物構所林悅/寧波材料所林正得 AFM:超低熱阻導熱界面材料研究新進展 2026-02-05
- 東北林大王成毓、楊海月教授團隊 ACHM:木質素誘導的超分子作用力助力實現熱管理新突破 - 打破導熱與粘彈性的“死結” 2026-01-16
- 天大汪懷遠教授團隊 Adv. Mater.:具有高Tg和高強韌的功能樹脂材料 - 通過酸堿離子對策略解鎖材料多功能集成 2026-01-14