第三代半導體材料先進(jìn)電子器件的功能(néng)性、集成(chéng)度和功率密度的持續提高，勢必會造成(chéng)器件運行産生廢熱的高度集中。電子封裝材料是電子器件熱管理的關鍵，目前使用的環氧樹脂電子封裝材料的導熱性能(néng)已不能(néng)滿足先進(jìn)半導體材料的發(fā)展需求。石墨烯自發(fā)現以來就憑借諸多優異的物理性能(néng)而備受關注，石墨烯所具有的超高導熱系數（高達5300W/mK）和大的比表面(miàn)積使其易于搭建有效的導熱通路，是增強聚合物基體材料導熱性能(néng)的理想填料。制備石墨烯三維結構是提升複合材料導熱性能(néng)行之有效的方法。目前常用的方法包括化學(xué)氣相沉積法和冰模闆法等，但這(zhè)些方法的制備成(chéng)本較高且難以獲得較高的石墨烯含量，因此大幅提高樹脂基體的導熱性能(néng)仍存在挑戰。

　　基于上述問題，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所表面(miàn)事(shì)業部功能(néng)碳素材料團隊使用低成(chéng)本的商用聚氨酯泡沫爲模闆，在其表面(miàn)包覆石墨烯納米片并采用快速加熱移除聚氨酯模闆而得到結構完整的三維石墨烯泡沫。如圖1所示，在石墨烯含量爲6.8wt%時，環氧複合材料的導熱系數達到了8.04W/mK，較純環氧樹脂提高了44倍，環氧複合材料同時保持了良好(hǎo)的力學(xué)性能(néng)。相關工作已發(fā)表在納米材料領域的核心期刊（Nanoscale, 2019,11, 17600-17606）并入選封面(miàn)文章。

　　除此之外，研究還(hái)發(fā)現在石墨烯抽濾過(guò)程中引入微米尺度的球形氧化鋁顆粒，可以使得石墨烯片取向(xiàng)由水平方向(xiàng)部分轉變爲縱向(xiàng)方向(xiàng)，得到具有類似“豌豆莢”的結構。這(zhè)類仿“豌豆莢”結構的二元石墨烯-氧化鋁填料可有效增強聚合物材料的導熱性能(néng)，該方法制備的環氧複合材料縱向(xiàng)和橫向(xiàng)的導熱系數分别可達到13.3W/mK和33.4W/mK（如圖2所示），相關工作將(jiāng)發(fā)表在化工領域的核心期刊（Chem. Eng. J., 2020, 381, 122690），開(kāi)發(fā)的高導熱環氧複合材料有望代替傳統的聚合物材料解決目前高度集成(chéng)的電子設備的散熱問題。

　　以上工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（51573201）、浙江省公益技術應用研究計劃（2016C31026）和3315創新團隊等項目資助。

　　圖1 (a) 環氧複合材料導熱系數與石墨烯含量的關系；(b) 環氧複合材料較純環氧樹脂和傳統共混法制備的複合材料的導熱增強比；(c) 論文封面(miàn)

圖2 仿“豌豆莢”二元石墨烯-氧化鋁結構增強環氧樹脂導熱性能(néng)

（表面(miàn)事(shì)業部 虞錦洪、陳亞鵬）