碳納米管具有極高的軸向熱導(dǎo)率，因而在大功率電子器件散熱材料中被寄予厚望。然而，其小尺寸特性嚴重制約了其實際應(yīng)用，碳納米管之間及其與復(fù)合材料基體之間的接觸電阻、接觸熱阻均較大，從而使現(xiàn)有碳納米管復(fù)合材料熱導(dǎo)率均與人們的期望相距甚遠。

中科院蘇州納米所先進材料部李清文研究員課題組以自行宏量制備的碳納米管粉體為基礎(chǔ)，通過對其進行不同基團的功能化并與商用導(dǎo)熱硅脂復(fù)合，詳細考察了功能化對碳納米管在硅脂中的分散及其與硅脂界面浸潤性的影響，發(fā)現(xiàn)表面荷負電的羧基化碳納米管能夠?qū)崿F(xiàn)在硅脂中的高濃度分散并形成導(dǎo)熱良好的三維網(wǎng)絡(luò)，大幅降低導(dǎo)熱硅脂的傳熱阻抗。

在此基礎(chǔ)上，以設(shè)計碳納米管的三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為目的，通過控制碳納米管的長度、管徑等因素，制備出了具有理想三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的柔性碳納米管紙，其傳熱阻抗可低于導(dǎo)熱硅脂和商用散熱石墨片，且具備固態(tài)自支撐特性，在作為導(dǎo)熱界面材料時能夠在不污染器件表面的條件下實現(xiàn)高效傳熱。

純碳納米管導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)由于密度偏低和其中含有大量碳納米管搭接，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性仍低于人們的期望。為此，高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱的銅納米線被引入碳納米管紙。兩種納米線組成的互穿三維網(wǎng)絡(luò)熱導(dǎo)率可提升至10 W/(m·K)并實現(xiàn)超過105 S/m的電導(dǎo)率，有利于其在微電子互聯(lián)和熱界面材料中的應(yīng)用。

通過多種方式優(yōu)化碳納米管的組裝結(jié)構(gòu)以形成三維網(wǎng)絡(luò)連接，顯著地改善了碳納米管復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)性能

相關(guān)研究工作已發(fā)表在Journal of Physical Chemistry C (2012, 116, 3903−3909)、Carbon (DOI: 10.1016/j.carbon.2013.05.030)、Applied Surface Science (doi:10.1016/j.apsusc.2013.06.139)、Materials Sciences and Applications (accepted) 等學術(shù)期刊。

本研究得到了國家自然科學基金(No.21203238，No.10834004)、科技部973計劃（No.2010CB934700）、江蘇省產(chǎn)學研合作創(chuàng)新項目（No.BY2011178）和江蘇省國際合作項目（No.BZ2011049）等的資助。