信息来源：高分子科学前沿
近日中科院化学所马永梅研究员、郑鲲博士研究团队以“Flexible Graphene Nanocomposites with Simultaneous Highly Anisotropic Thermal and Electrical Conductivities Prepared by Engineered Graphene with Flat Morphology”为题，在《ACS Nano》发表研究成果。研究团队以平整形态的石墨烯为功能填料，采用层层刮涂法（LBL scraping method）制备了石墨烯@萘磺酸盐（NS）/聚乙烯醇（GN/PVA）柔性纳米复合材料，NS充当连接石墨烯（π-π相互作用）和PVA（氢键）键桥的作用，得到的薄膜中石墨烯具有高度有序的层次结构和平整的形貌，该结构不仅在面内建立了良好的导电和导热网络，而且有效地阻断了面外方向的导电和导热路径，从而实现了复合材料集高各向异性导热和导电性能于一体的高性能化，同时复合材料显示出高的柔韧性和拉伸强度（由40 MPa提高到110 MPa）。
随着高功率、高集成度电子器件以及智能穿戴设备等的快速发展，越来越趋于小型化、轻量化、高效化，对电子器件的功率密度及高效热管理系统的要求越来越高，在工作过程中产生大量的热如不及时排除，将会严重影响到电子器部件的工作稳定性和安全可靠性。
为满足特定的技术要求，在很多应用场合需要具备高度各向异性的高导热和导电柔性材料，高导热性作为散热器件可以大幅度降低器件内部或表面温度，进而高效、经济地利用热量，同时各向异性导电性可消除特定方向上的静电，为安全提供保障。目前，开发高各向异性的导热和导电柔性聚合物材料是一个具有挑战性和有意义的研究课题。
制备过程
石墨烯结构及形貌：（a-c）石墨烯SEM、AFM和薄膜照片；（d）纳米复合材料横截面SEM；（d1-d2）S、C元素EDS；（e）G带强度与角度θ的关系；（f）面内方向TEM；（g）拉曼光谱
文章中采用微米级石墨烯，结构分析证明了石墨烯平整形态结构及在PVA基体中的良好分散，展现出高柔韧性，没有过多的缺陷和褶皱结构。复合材料的断面形貌可以看到石墨烯紧密堆积的高度有序的层次结构，在平行和垂直方向上呈各向异性；并且GN/PVA纳米复合材料具有高取向结构。
（a）GN/PVA纳米复合材料的各向异性导热性能；（b）各向异性导电性能；（c）导热导电性能与文献对比情况；（d）导热导电机理；（e）力学性能
纳米复合材料薄膜中石墨烯具有高度有序的层次结构和平整的形貌，从而减少了缺陷，最小化声子散射，且面内取向结构可减少面外石墨烯之间的接触，增加界面热阻，因此该结构不仅在面内建立了良好的导电和导热网络，而且有效地阻断了面外方向的导电和导热路径，制备的GN/PVA纳米复合材料表现出高各向异性导热和导电性能。10.0 wt%-GN/PVA纳米复合材料的面内和面外热导率分别达到13.8和0.6 W/mK，面内和面外电导率分别为10-1和10-10 S/cm。此外，GN和PVA之间的取向结构和良好的界面粘附性，使纳米复合材料薄膜的柔韧性和拉伸强度得到提高，从纯PVA的40 MPa到5.0 wt%-GN/PVA的110 MPa。
GN/PVA纳米复合材料薄膜红外热成像
红外热成像显示，10.0wt%-GN/PVA复合材料的中心温度较5.0wt%-GN/PVA复合材料低，复合材料具有优异的散热性能，且远低于纯PVA。
