原标题：兰州大学研究团队破解高热导率石墨烯复合热界面材料的制备
近日，兰州大学材料与能源学院拜永孝教授团队提出磁-离心双场耦合策略，实现二维导热填料在聚合物基体中的高度垂直取向，制备出兼具优异导热性能和柔韧性的热界面材料。该研究为解决电子器件/芯片散热难题提供了全新思路。相关成果以“A Dual Magnetic-Centrifugal Field Strategy for Orienting Thermal Fillers in High Thermal Conductivity Composites”为题于8月24日发表于国际期刊《Advanced Functional Materials》。
随着电子器件向小型化、集成化和高功率密度发展，热管理已成为关键问题。热界面材料通过填充微观空气间隙形成连续导热通道，对提升散热效率、防止热致失效至关重要。石墨烯因优异的面内热导率（2000–5000W(mK)⁻¹）被视为理想导热填料，但其在聚合物基体中的随机取向严重制约导热潜能。如何在保持柔性的同时实现垂直取向，是领域长期难题。
针对上述挑战，拜永孝教授团队将旋转磁场与离心力场协同耦合，建立方向相反的力平衡场，同步驱动磁性石墨烯的高度轴向组装并确保均匀空间分布。与依赖加工工序的剪切力场不同，离心力场是“体积力场”，可通过调节Fe₃O₄负载量和模具转速实现对磁场和离心力的独立精确调控。离心力可在石墨烯纳米片与基体间诱导径向滑移，显著降低切向阻力和旋转阻力矩，使磁力矩更易克服粘性阻力实现取向，同时确保填料在体系中的均匀分布。
最优条件下制得的石墨烯/硅橡胶热界面材料热导率达12.76W(mK)⁻¹，相比未取向样品提升约19倍，相比纯硅橡胶提升约70倍。经30℃至150℃温度循环及1000次30%形变压缩循环后，热导率几乎不变。邵氏硬度仅42，兼具高导热与低硬度优势，利于与发热器件贴合，LED散热测试中，该材料可将其表面温度降低26.20℃。该研究为各向异性聚合物复合材料微观结构控制提供了通用平台，突破了传统多场耦合局限，实现填料取向的独立精确编程。
图1 双场耦合策略大幅提升复合材料热导率
图2 磁力调控实现填料垂直取向
图3 离心力辅助驱动填料取向
图4 优异稳定性与高效散热应用验证
兰州大学材料与能源学院硕士研究生孙孝荟为第一作者，拜永孝教授和高文生青年研究员为通讯作者。研究获国家自然科学基金、甘肃省重点研发计划、青海省中央引导地方科技发展资金、甘肃省青年博士支持计划以及青海大学盐湖化工开放课题的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.77731
（兰州大学新闻网）
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