一.背景介紹
在現代電子、航空航天等領域,高效熱管理至關重要。環氧樹脂因其耐化學性、熱穩定性和易加工性被廣泛應用,但其電導率和熱導率較低限制了其應用。金屬填料如銅因其高熱導率成為改善環氧樹脂性能的有效手段,但銅納米線易氧化。目前,減少銅納米線氧化的主要策略是創建核殼或涂層結構,包括用聚吡咯包裹銅納米線,形成銅@鎳納米線或核殼結構,以及開發銅納米線@還原氧化石墨烯(Cu NWs/rGO)核殼結構。然而,這些方法通常涉及復雜的多步驟過程,需要分別制備銅納米線和rGO,因此,研究人員致力于通過一鍋合成方法,在保持機械性能的同事,來簡化這些步驟�
�.成果掠影
近日,天津理工大學謝飛、李文江團隊采用一鍋水熱法在還原氧化石墨烯(rGO)和碳納米管(CNTs)上原位生長高長徑比的銅納米線(Cu NWs)和均勻分散的銅納米顆粒(Cu NPs),以獲得Cu-rGO-CNTs混合材料(CuGNT)。通過酸處理對CNTs進行羧基化,增強了它們的親水性。在合成過程中,rGO由GO轉化而來,有助于形成良好分散的Cu NPs和高長徑比的Cu NWs。CuGNT混合材料被用作填料均勻分散在環氧樹脂(EP)基體中,形成環氧復合材料(CuGNT-EP)。填料形成了三維互連網絡,即使在低填料含量下(相對于EP含量�2 wt%),也顯著提高了純環氧樹脂的熱導率(熱導率提升因子為87.37%),并保持了高拉伸強度(33.76 Mpa)。此外,填料具有優異的熱穩定性和抗氧化性,并且不會形成完整的導電通路,從而滿足抗靜電功能的要求(> 10^9 Ω·m)。研究成果以“Nano copper-modified GO and CNTs for enhanced the epoxy resin composite thermal properties”為題發表在《Applied Surface Science》期刊�
三、圖文導讀

�1.CuGNT-EP涂層制備的示意圖

�2. (a) GO、C-CNTs和CuGNT的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)�(b) GNT和rGNT的拉曼光譜;(c) GO、C-CNTs和CuGNT的XPS全譜�(d) GO的C1s XPS譜;(e) CuGNT的C1s XPS譜;(f) C-CNTs的C1s XPS譜�

�3.銅納米線(Cu NWs)合成機制的示意圖�

�4.(a,d) 銅納米線(Cu NWs)的SEM圖像�(b,e) GNT納米復合材料的SEM圖像�(c,f) CuGNT納米復合材料的SEM圖像�

�5. (a,b) CuGNT混合物的HRTEM圖像�(c) CuGNT混合物的HADDF圖像�(d,e) CuGNT混合物的碳元素分布圖(紅色)�(d,f) CuGNT混合物的銅元素分布圖(綠色)�(關于本圖例中顏色引用的解釋,請讀者參閱本文的網絡版本�

�6.(a) 新制備的銅納米線(Cu NWs,右)和CuGNT(�)在空氣中儲存0�5�10�20天后的異丙醇分散液;(b) 銅納米線和CuGNT在空氣中放置1�3�7�15�40天的XRD圖譜�(c) 具有涂層納米結構的CuGNT的DTC-TG曲線�(d) 銅納米線的XPS全譜�(e) CuGNT的XPS全譜�(f) 銅納米線的C1s XPS譜;(g) CuGNT混合物的C1s XPS譜�

�7.(a) 不同GO/CNT比例的CuGNT-EP復合材料的熱導率�(b) 不同填料含量的CuGNT-EP復合材料的熱導率�(c) 純環氧樹�(EP)、銅-環氧樹脂(Cu-EP)、CurGO-環氧樹脂(CurGO-EP)、CuCNT-環氧樹脂(CuCNT-EP)和CuGNT-環氧樹脂(CuGNT-EP)樣品的熱導率�(d) CuGNT-EP復合材料中熱量傳遞的示意圖�

�8. (a) 4毫米厚的純環氧樹�(EP)、銅-環氧樹脂(Cu-EP)、CurGO-環氧樹脂(CurGO-EP)、CuCNT-環氧樹脂(CuCNT-EP)、CuGNT-環氧樹脂(CuGNT-EP)的紅外熱成像圖;(b) 對應熱點溫度隨時間的變化�(c) 不同厚度的涂層涂覆在鋁板上的紅外熱成像圖�(d) 對應熱點溫度隨時間的變化�