我們對非共價功能化技術改善石墨烯/聚丙烯(PP)界面的熱傳遞進行了數值評估。結果表明其能顯著提高石墨烯/聚丙烯(PP)的界面導熱性(ITC)，其增強程度取決于石墨烯的表面功能化程度。我們發現了一些奇妙的現象，功能化分子的直鏈烷烴鏈的鏈長顯著影響ITC的增強。進一步研究了石墨烯層數的影響。ITC隨層數的增加而減小。非共價功能化對多層石墨烯仍有積極作用。振動態密度(VDOS)分析表明，非共價功能化處理會使石墨烯的聲子分布變寬，聲子峰值高度隨層數的增加而降低。這有助于實際熱管理應用中操縱石墨烯/聚丙烯的ITC的詳細理解。
圖1. 結構模型示意圖:(a) 1-pyrenylbutyl(C4-Prene) (b) 1-pyrenylbutanol (c) 1-pyrenylbutyric acid(d) C8-Prene (e)石墨烯吸附功能化分子模型(f) C12-Prene (g)復合結構模型(橙色球代表石墨烯中的碳原子，綠色球代表聚丙烯中的碳原子和官能團分子，藍色球代表氫原子，紅色球代表氧原子)。
圖2. (a) RNEMD方法得到的復合材料界面結構的穩態溫度分布(b) PP的比容隨溫度的Tg估計(c)不同表面功能化程度下的ITC。
圖3. (a)單層原始石墨烯的集成和分解VDOS (b) PP、原始石墨烯和1-pyrenylbutyl功能化石墨烯的VDOS(c) 1-pyrenylbutyl功能化石墨烯的集成和分解VDOS (d)各種功能分子功能化石墨烯的VDOS。
圖4. (a)不同功能化覆蓋率的不同類型功能分子的聲子匹配率;(b)石墨烯吸附不同鏈長的芘衍生物功能分子的ITC和聲子匹配度;(c) PP、原始石墨烯和被鏈長為8的芘衍生物功能分子功能化的石墨烯的VDOS;(d)不同鏈長芘衍生物的功能分子功能化石墨烯的VDOS。
圖5. (a)復合結構由三層石墨烯、功能分子和聚合物組成;(b)溫度梯度穩定;(c)不同層的ITC和聲子匹配度(插圖為相應聲子匹配度)。
圖6. 不同層數功能化石墨烯的VDOS比較(a)兩層功能化石墨烯;(b)三層功能化石墨烯;(c)四層功能化石墨烯;(d)五層功能化石墨烯。
相關研究成果由江蘇大學機械工程學院Xinying Xu等人于2023年發表在Physics Letters A (https://doi.org/10.1016/j.physleta.2023.128766)上。原文：Building efficient thermal transport at graphene/polypropylene interfaces by non-covalent functionalized graphene。
轉自《石墨烯研究》公眾號
