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上海微系统所石墨烯导热膜尺寸效应研究取得进展

为了消除原料片层厚度等其他参数的影响，从同一氧化石墨原料出发，该研究采用机械剪切方式制备了平均横向尺寸🀄️PG电子官网覆盖亚微米至微米尺度的11组氧化石墨烯。基于此，研究利用完全一致的刮刀涂布、干燥、石墨化、压延等工艺组装制备石墨烯导热膜。按照原料横向尺寸，这些石墨烯导热膜可分为大尺寸氧化石墨烯制备的导热膜、常规尺寸氧化石墨烯制备的导热膜、超小尺寸氧化石墨烯制备的导热膜。在亚微米尺寸范围内，石墨烯导热膜的横向热导率与氧化石墨烯原料横向尺寸呈现负相关关系即负尺寸效应，这与微米范围内的规律相反。

【进展】中国科学院上海微系统所在石墨烯导热膜尺寸效应研究方面取得进展；复旦大学微电子专业校友赵涤燹荣获2025年度国家技术发明奖

令人惊讶的是，在亚微米尺寸范围内，石墨烯导热膜的横向(xiàng)热(rè)导(dǎo)率(lǜ)与(yǔ)氧(yǎng)化(huà)石(shí)墨(mò)烯(xī)原(yuán)料(liào)横(héng)向(xiàng)尺(chǐ)寸(cùn)呈(chéng)现(xiàn)负(fù)相(xiāng)关关系(xì)，即(jí)负(fù)尺(chǐ)寸(cùn)效(xiào)应(yīng)，这(zhè)与(yǔ)微(wēi)米(mǐ)范(fàn)围(wéi)内(nèi)的(de)规(guī)律(lǜ)完(wán)全相(xiāng)反(fǎn)。进(jìn)一(yī)步(bù)的(de)结(jié)构(gòu)分(fēn)析(xī)表(biǎo)明(míng)，超(chāo)小(xiǎo)尺(chǐ)寸(cùn)氧(yǎng)化(huà)石(shí)墨(mò)烯(xī)在(zài)高(gāo)温(wēn)石(shí)墨(mò)化(huà)过(guò)程(chéng)更(gèng)有(yǒu)利(lì)于(yú)气(qì)体(tǐ)的(de)排(pái)出(chū)而(ér)避(bì)免(miǎn)缺(quē)陷(xiàn)产(chǎn)生(shēng)，🎭而(ér)且(qiě)小(xiǎo)晶(jīng)粒(lì)在(zài)高(gāo)温(wēn)石(shí)墨(mò)化(huà)过(guò)程(chéng)中(zhōng)易(yì)于(yú)融(róng)合(hé)和(hé)长(zhǎng)大(dà)（图(tú)1）。这(zhè)一(yī)新(xīn)的(de)发(fā)现(xiàn)表(biǎo)明(míng)，选(xuǎn)择(zé)亚(yà)微(wēi)米(mǐ)超(chāo)小(xiǎo)尺(chǐ)寸(cùn)氧(yǎng)化(huà)石(shí)墨(mò)烯(xī)，是(shì)制(zhì)备(bèi)高(gāo)性(xìng)能(néng)石(shí)墨(mò)烯(xī)导(dǎo)热(rè)膜(mó)的(de)重(zhòng)要(yào)策(cè)略(è)。而(ér)且(qiě)，相(xiāng)对(duì)于(yú)大(dà)尺(chǐ)寸(cùn)氧(yǎng)化(huà)石(shí)墨(mò)烯(xī)原(yuán)料(liào)，亚(yà)微(wēi)米(mǐ)超(chāo)小(xiǎo)尺(chǐ)寸(cùn)氧(yǎng)化(huà)石(shí)墨(mò)烯(xī)的(de)更(gèng)易(yì)获(huò)得(de)，规(guī)模(mó)化(huà)制(zhì)备(bèi)难(nán)度(dù)和(hé)成(chéng)本(běn)更(gèng)低(dī)。图(tú)1. 原(yuán)料(liào)尺(chǐ)寸(cùn)。

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揭秘石墨烯宏观组装强度的“尺寸困境”起源

材料由基本的基本构筑单元构成，而单元尺寸对材料的🈸性能产生重要影响，即表现出尺寸效应。尺寸效应在纳米组装材料中表现尤为明显，一般认为单元的尺寸越大，材料的力学越强。对于石墨烯组装材料，其尺寸效应却呈现了两种截然相反的趋势：一个是正尺寸效应，即石墨(mò)烯(xī)片(piàn)越(yuè)大(dà)强(qiáng)度(dù)越(yuè)高(gāo)；另(lìng)一(yī)种(zhǒng)是(shì)反(fǎn)尺(chǐ)寸(cùn)效(xiào)应(yīng)，石(shí)墨(mò)烯(xī)尺(chǐ)寸(cùn)越(yuè)大(dà)强(qiáng)度(dù)越(yuè)弱(ruò)。这(zhè)一(yī)材(cái)料(liào)结(jié)构(gòu)与(yǔ)性(xìng)能(néng)认(rèn)识(shi)的(de)“尺(chǐ)寸(cùn)困(kùn)境(jìng)”困(kùn)扰了石墨烯材料的制备与性能的提升。 浙江大学高分子系许震研究员以氧化石墨烯膜的制备过程为实验模型，发现了尺寸效应由二维片的褶皱特征决定，。