電子和光子器件的散熱問題是影響電子技術(shù)進一步發(fā)展的瓶頸之一。上海大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院劉建影教授團隊最近開發(fā)了一種石墨烯功能化的方法，該方法能有效地提高石墨烯散熱片的散熱效率。劉建影教授團隊研究了不同的氨基和疊氮化硅烷分子功能化后的石墨烯，結(jié)果表明，和沒有功能化的石墨烯相比，功能化后的石墨烯基薄膜散熱效率提高了至少76%。研究發(fā)現(xiàn)，散熱效率的提高要歸結(jié)于功能化導(dǎo)致了界面熱阻急劇降低。同時，該團隊和其他合作伙伴一起利用分子動力學(xué)模擬和第一性原理計算進一步揭示了其原理，研究表明功能化限制了橫向低頻聲子的縱向散射，通過延長彎曲聲子的壽命從而加強了石墨烯基薄膜的橫向熱導(dǎo)率。
這些結(jié)果為在基板上的石墨烯基薄膜功能化，從而為電子與電力系統(tǒng)熱管理解決方案提供了直接和明確的證據(jù)。劉建影教授說“總之，我們認(rèn)為我們找到了一把提高石墨烯基薄膜散熱效率的金鑰匙，我們的工作開辟了大規(guī)模應(yīng)用石墨烯基薄膜散熱的新途徑”。
在研究中，該團隊研究了不同的功能化分子，這些分子在石墨烯和二氧化硅基板之間形成了共價鍵。并采用了先進的脈沖光熱反射技術(shù)，測得功能化后，功能化層兩側(cè)的界面熱阻分別減小了76% 和65%。他們的研究也是該領(lǐng)域第一次比較系統(tǒng)和全面的研究。
事實上，盡管石墨烯本身有著很高的熱導(dǎo)率（大于5000W/mK）超過銅的10倍以上，石墨烯基薄膜本身的熱導(dǎo)率也接近2000 W/mK，是銅的5倍，但其和基板之間的巨大的界面熱阻仍是其熱管理應(yīng)用重要的制約因素之一。石墨烯被譽為21世紀(jì)的“新材料之王”，它是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能最好的一種新型納米材料，有科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家因為在石墨烯方面的研究工作而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。
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