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中科院寧波材料所劉小青團(tuán)隊(duì)《Nano Energy》：在熱固性樹脂基碳材料制備上取得新進(jìn)展
2022-06-16  來源：高分子科技

  生物基熱固性樹脂以可再生資源為主要原料，它們的規(guī)模化應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)熱固性樹脂及復(fù)合材料可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。但是，與石油基熱固性樹脂一樣，它們?cè)诠袒宦?lián)之后，同樣面臨著難降解、難回收的問題。實(shí)現(xiàn)生物基熱固性樹脂的高價(jià)值回收利用對(duì)當(dāng)前低碳、環(huán)保、可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。


  中科院寧波材料所劉小青研究員基于多年的生物基熱固性樹脂研究經(jīng)驗(yàn)（Progress in Polymer Science, 2021, 113, 101353），提出開發(fā)生物基材料的本質(zhì)是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生物碳的高效利用；诖，他們利用激光燒蝕的方法，將生物基熱固性樹脂轉(zhuǎn)化為功能性碳材料（Carbon, 2020, 163, 85-94; Carbon, 2021, 183, 600-611; ACS Nano, 2021, 15, 12, 19490-19502; Carbon Letters, 2022, DOI: 10.1007/s42823-022-00336-8），擬完成從“生物碳”到“生物基樹脂”再到“功能碳”的閉環(huán)轉(zhuǎn)化。


  近日，借助激光掃描路徑可控的優(yōu)勢(shì)，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了圖案化多孔石墨烯并探究了其在熱管理領(lǐng)域的應(yīng)用。研究表明，通過二次激光處理，石墨烯的質(zhì)量大幅度提高，同時(shí)多孔結(jié)構(gòu)得以保留。填充樹脂后，所制備復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到8.2 W/(m·K)，與純樹脂相比提高了近45倍。不僅如此，通過圖案化設(shè)計(jì)，復(fù)合材料的熱量傳遞具有明顯的方向性，并且展現(xiàn)出良好的散熱效果。與其它圖案化石墨烯制備方式相比，激光雕刻技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 


圖1. 圖案化石墨烯及其導(dǎo)熱復(fù)合材料


  此外，基于石墨烯優(yōu)異的電熱性能，該團(tuán)隊(duì)還提出通過組合不同的電阻區(qū)域來設(shè)計(jì)圖案化加熱器，其中每個(gè)加熱單元的電熱性能可以通過調(diào)整激光參數(shù)進(jìn)行定制。這為模擬電子設(shè)備中非均勻熱源的真實(shí)情況提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)，將有助于散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)。以上證實(shí)了圖案化石墨烯復(fù)合材料在熱管理領(lǐng)域巨大的應(yīng)用潛力。同時(shí)，基于局部、可控的優(yōu)勢(shì)，這種激光加工制造工藝也為多功能結(jié)構(gòu)一體化復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制備開辟了一條途徑。 


圖2. 圖案化加熱器


  相關(guān)成果以“Patterning of thermosetting resins via laser engraving towards efficient thermal management”為題在能源領(lǐng)域Top期刊《Nano Energy》上發(fā)表。趙偉偉博士為論文的第一作者，劉小青研究員為通訊聯(lián)系人。項(xiàng)目得到了國(guó)家萬人計(jì)劃，浙江省萬人計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金，浙江省杰出青年基金和寧波市自然科學(xué)基金的支持。


  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522005559

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