中科院宁波材料所刘小青团队《Nano Energy》：在热固性树脂基碳材料制备上取得新进展

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生物基热固性树脂以可再生资源为主要原料，它们的规模化应用是实现热固性树脂及复合材料可持续发展的重要手段之一。但是，与石油基热固性树脂一样，它们在固化交联之后，同样面临着难降解、难回收的问题。实现生物基热固性树脂的高价值回收利用对当前低碳、环保、可持续性发展具有重要意义。

中科院宁波材料所刘小青研究员基于多年的生物基热固性树脂研究经验（Progress in Polymer Science, 2021, 113, 101353），提出开发生物基材料的本质是为了实现对生物碳的高效利用。基于此，他们利用激光烧蚀的方法，将生物基热固性树脂转化为功能性碳材料（Carbon, 2020, 163, 85-94; Carbon, 2021, 183, 600-611; ACS Nano, 2021, 15, 12, 19490-19502; Carbon Letters, 2022, DOI: 10.1007/s42823-022-00336-8），拟完成从“生物碳”到“生物基树脂”再到“功能碳”的闭环转化。

近日，借助激光扫描路径可控的优势，该团队设计制备了图案化多孔石墨烯并探究了其在热管理领域的应用。研究表明，通过二次激光处理，石墨烯的质量大幅度提高，同时多孔结构得以保留。填充树脂后，所制备复合材料的导热系数可以达到8.2 W/(m·K)，与纯树脂相比提高了近45倍。不仅如此，通过图案化设计，复合材料的热量传递具有明显的方向性，并且展现出良好的散热效果。与其它图案化石墨烯制备方式相比，激光雕刻技术具有明显的优势。

图1. 图案化石墨烯及其导热复合材料

此外，基于石墨烯优异的电热性能，该团队还提出通过组合不同的电阻区域来设计图案化加热器，其中每个加热单元的电热性能可以通过调整激光参数进行定制。这为模拟电子设备中非均匀热源的真实情况提供了独特的机会，将有助于散热系统的设计和开发。以上证实了图案化石墨烯复合材料在热管理领域巨大的应用潜力。同时，基于局部、可控的优势，这种激光加工制造工艺也为多功能结构一体化复合材料的设计和制备开辟了一条途径。

图2. 图案化加热器

相关成果以“Patterning of thermosetting resins via laser engraving towards efficient thermal management”为题在能源领域Top期刊《Nano Energy》上发表。赵伟伟博士为论文的第一作者，刘小青研究员为通讯联系人。项目得到了国家万人计划，浙江省万人计划，国家自然科学基金，浙江省杰出青年基金和宁波市自然科学基金的支持。

原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522005559

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