氢键连接的石墨烯纳米片之间界面传热的分子模拟研究

摘要

石墨烯的高热导率使其成为导热复合材料中重要的填料,然而填料间的界面热阻极大地阻碍了填料间的热传输.对石墨烯边缘进行官能化可以在石墨烯边缘界面间引入共价键或氢键连接,以取代范德瓦尔斯(Van Der Waals)相互作用连接,从而有望增强界面热传导.该文系统研究了边缘化学吸附—COOH的石墨烯片间界面传热性质,探讨了石墨烯片间距离以及官能化密度对于界面热阻的影响.研究表明,随着两片石墨烯边缘间距减小,边缘化学吸附—COOH的石墨烯片间界面热导逐渐收敛于5×108 W/(m2·K)附近.这相比于H边缘官能化的石墨烯片间界面热导提高了一个数量级.界面热导随着官能化密度的提高显示出非线性单调提升.进一步的研究显示,官能化密度与石墨烯边缘界面间距存在协同效应,官能化密度的增加提高了界面间的相互作用,减小了石墨烯边缘界间距,从而增强了界面热导.该研究结果可为氢键对于石墨烯填料界面传热调控提供重要参考.