近日，先進制造所王曉杰研究員課題組提出將少量石墨烯與聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合，從而提升PDMS導熱性能的研究思路，并與強磁場中心方軍課題組合作，在10特斯拉強磁場設備下制備出各向異性的石墨烯/PDMS復合材料。該課題組的研究結果表明，石墨烯在強磁場下的取向可以顯著地提升PDMS的熱導率。研究成果發表在復合材料領域頂級期刊Composites Science and Technology上。

    作為高分子有機硅聚合物的一種，具有高光學透明度、化學惰性、無毒、非易燃等特性，廣泛應用于生物微機電系統、微流體裝置以及柔性電子設備等多個領域。然而PDMS的低熱導率嚴重制約了它的應用功能。近年來，科研人員持續探索通過填充高熱導率填料以提高聚合物導熱性能的方法，然而很難在保證聚合物本身的柔韌性等優勢的前提下大幅度地提升聚合物的導熱性能。

    該課題組選用石墨烯（室溫下熱導率可高達5000W·m-1·K-1）作為導熱填料，與PDMS基體混合均勻后，在10T強磁場下使石墨烯發生取向形成各向異性化的特殊結構，從而有效地提升PDMS的導熱性能。研究結果表明，在石墨烯質量填充分數為3%的情況下，各向異性石墨烯/PDMS的熱導率比純PDMS材料高出174%。并且，在如此低的石墨烯填充情況下，PDMS可以保持其良好的柔韌性和生物適應性。該研究提出的在強磁場下使石墨烯發生取向形成各向異性化結構的方法，可以有效地提升復合材料的熱導率，具有良好的應用前景。

    該研究得到了安徽省自然科學基金、重慶市基礎和前沿研究重點項目和常州市應用基礎研究計劃的支持。

    石墨烯在強磁場下取向形成各向異性結構，圖中箭頭表示磁場方向石墨烯/PDMS熱導率與石墨烯質量分數和結構的關系。Isotropic代表各向同性試樣熱導率，Anistropic∥代表平行于磁場方向的熱導率，Anisotropic⊥表示垂直于磁場方向的熱導率。

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責任編輯：殷鵬飛

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