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  隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件微型化和集成化程度越來(lái)越高，同時(shí)，高頻的工作環(huán)境也使其在工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱，若熱量不及時(shí)散去，會(huì)嚴(yán)重影響電子器件的性能穩(wěn)定性和使用壽命。因此，電子器件的散熱問(wèn)題已成為這一領(lǐng)域的一個(gè)重要問(wèn)題。聚酰亞胺(PI)因具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能及良好的介電性能，被廣泛應(yīng)用于微電子器件、電子封裝及航空航天等領(lǐng)域。然而，純PI的導(dǎo)熱性能較差，從而大大限制了其在電子領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用。因此，研發(fā)高導(dǎo)熱性能的聚酰亞胺復(fù)合材料在電子工業(yè)領(lǐng)域有重要且迫切的需求。目前通常采用的提高聚酰亞胺復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法是向聚酰亞胺基體中添加導(dǎo)熱填料(BN、AlN、Si₃N₄、Al₂O₃、碳納米管、石墨烯、銅、銀等)。其中石墨烯具有極高的導(dǎo)熱性能，其面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)的理論值為5000 W·m^-1·K^-1，而面間導(dǎo)熱系數(shù)只有面內(nèi)的百分之一。為了得到高導(dǎo)熱性能的復(fù)合材料，需要構(gòu)筑三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其面內(nèi)導(dǎo)熱方向與復(fù)合材料的散熱方向更多地保持一致，從而更好地發(fā)揮石墨烯的導(dǎo)熱能力。

  近期，中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院張藝教授課題組在《高分子學(xué)報(bào)》2019年第4期發(fā)表的論文中，通過(guò)冷凍干燥法制備了一種還原氧化石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模板(3DrGO)，為了穩(wěn)定此3DrGO三維結(jié)構(gòu)，使其在澆鑄聚酰胺酸(PAA)膠液的過(guò)程中不易被破壞，作者利用PI黏結(jié)加固這一3DrGO三維結(jié)構(gòu)制得3DrGO-PI模板作為填料，用PAA膠液澆鑄后熱酰胺化處理，得到較高導(dǎo)熱系數(shù)的3DrGO-PI/PI復(fù)合薄膜。

  該3DrGO-PI/PI復(fù)合薄膜的制備過(guò)程如下：(1)冷凍干燥含有3 wt% PAA的還原氧化石墨烯DMAc分散液得到PAA黏結(jié)加固的石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(3DrGO-PAA)；(2)熱酰胺化處理3DrGO-PAA得到PI黏結(jié)加固的石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(3DrGO-PI)；(3)用10 wt% PAA膠液澆鑄3DrGO-PI模板，在100、200、350 ℃各加熱1 h，進(jìn)行熱酰亞胺化，得到3DrGO-PI/PI復(fù)合薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)rGO的含量達(dá)到8 wt%時(shí)，3DrGO-PI/PI復(fù)合薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.57 W·m^-1·K^-1，是純PI薄膜的8.7倍，是rGO/PI (rGO未形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))復(fù)合薄膜的3.1倍，是3DrGO-water/PI (rGO三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)未加固)復(fù)合薄膜的1.54倍。所得的復(fù)合薄膜還具有良好的熱穩(wěn)定性，當(dāng)rGO的含量為8 wt%時(shí)，3DrGO-PI/PI復(fù)合薄膜的T_g為402.1 ℃，熱膨脹系數(shù)(CTE)為2.16×10^-5/ ℃。采用冷凍干燥法制備3DrGO-PI模板有助于推動(dòng)rGO在導(dǎo)熱領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用，同時(shí)澆鑄模板制膜的方法為制備高導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料提供了新的思路。

  魏世洋博士和鄭智博博士研究生是該論文的共同第一作者，張藝教授和許家瑞教授為共同通訊作者。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金(基金號(hào)51873239)的資助。

  鏈接地址：http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/2019/4/PDF/gfzxb20180253zhangyi.pdf

  doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18253