通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)高分子系高超教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新型石墨烯組裝膜：它是目前導(dǎo)熱率最高的宏觀材料，同時(shí)具有超柔性，能被反復(fù)折疊6000次，承受彎曲十萬(wàn)次。這一進(jìn)展解決了宏觀材料高導(dǎo)熱和高柔性不能兼顧的世界性難題，有望廣泛應(yīng)用于高效熱管理、新一代柔性電子器件及特種航天等領(lǐng)域。

　　浙江大學(xué)高分子系納米高分子課題組，由國(guó)家杰出青年基金獲得者高超教授領(lǐng)銜，目前課題組共有教授1名、助理1名、博士后3名、博士生11名、碩士生5名、企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)博士后1名。建有石墨烯、新能源材料、高分子化學(xué)3個(gè)實(shí)驗(yàn)室及1個(gè)“浙江大學(xué)-碳谷上希”聯(lián)合研究中心。

　　團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于單層氧化石墨烯的規(guī)模化制備及其宏觀組裝研究，發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯的液晶性，發(fā)明了石墨烯纖維、石墨烯無(wú)紡布、石墨烯連續(xù)組裝薄膜及最輕材料石墨烯氣凝膠四種純石墨烯宏觀材料(簡(jiǎn)稱F4)，開(kāi)發(fā)了低成本高質(zhì)量單層氧化石墨烯、多功能石墨烯復(fù)合纖維、石墨烯高效電熱布、石墨烯超級(jí)電容器、石墨烯-鋁離子電池、石墨烯納濾膜等六大核心技術(shù)，這些成果產(chǎn)業(yè)化前景廣闊，部分已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和中試。

　　高超，1973年1月出生，土家族，浙江大學(xué)求是特聘教授、博士生導(dǎo)師、高分子科學(xué)研究所所長(zhǎng)。

　　1995年在湖南大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位、1998年獲碩士學(xué)位，2001年獲上海交通大學(xué)博士學(xué)位。博士畢業(yè)后留上海交大任教，于2003年到2006年先后在英國(guó)Sussex大學(xué)和德國(guó)Bayreuth大學(xué)做訪問(wèn)學(xué)者和博士后研究。2008年被引進(jìn)浙江大學(xué)，被評(píng)為教授、博士生導(dǎo)師。

　　圍繞石墨烯化學(xué)、液晶及宏觀組裝開(kāi)展研究，在NatureCommunications(3篇),AdvancedMaterials,AccountsofChemicalResearch,ChemicalReviews,ChemicalSocietyReviews,ProgressinPolymerScience,MaterialsToday等世界旗艦級(jí)科學(xué)期刊發(fā)表通訊作者和第一作者論文110余篇，文章共被他引5700多次，H因子39。

　　共同主編Wiley出版的英文專著1本《HyperbranchedPolymers:Synthesis,Properties,andApplications》，為英文專著撰寫(xiě)6章，獲中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)23項(xiàng)。

　　擔(dān)任國(guó)際期刊ColloidandPolymerScience地區(qū)主編。

　　曾入選或獲得科技部“中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才計(jì)劃”（2014）、國(guó)家杰出青年基金（2013）、浙江省“錢(qián)江人才計(jì)劃”（2010）、上海市“浦江人才計(jì)劃”（2007）、教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃”（2005）、第九屆“霍英東基金”（2004）、上海市“青年科技啟明星”（2003）等人才計(jì)劃，獲得浙江省青年科技獎(jiǎng)（2013)、1項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（排名第3）、1項(xiàng)上海市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)（排名第3）及全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文等獎(jiǎng)勵(lì)。

　　主要成果：(1)發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯液晶及二維膠粒的手性液晶相，提出并實(shí)現(xiàn)了連續(xù)石墨烯纖維；

　　(2)實(shí)現(xiàn)了高性能石墨烯纖維超級(jí)電容器和石墨烯基納濾膜；

　　(3)采用非模板協(xié)同組裝策略制備了超輕彈性氣凝膠；

　　(4)發(fā)明了綠色、超快、安全的鐵基法，可大量制備單層氧化石墨烯，突破了自1958年以來(lái)的高污染、易爆炸、長(zhǎng)時(shí)間的傳統(tǒng)制備方法。

　　現(xiàn)在，成果里面又要加上這一心形的石墨烯組裝膜。這一研究成果被Nature,NatureNews,ScientificAmerican等亮點(diǎn)評(píng)論，認(rèn)為“實(shí)現(xiàn)了石墨烯在現(xiàn)實(shí)器件應(yīng)用的關(guān)鍵一步”、“開(kāi)辟了碳纖維制備的新途徑”，被美、法、澳、中國(guó)等多個(gè)課題組跟進(jìn)研究。

　　2017年4月，材料科學(xué)的世界旗艦級(jí)期刊《AdvancedMaterials》編輯部邀請(qǐng)浙江大學(xué)高新材料相關(guān)各研究組撰稿，以校慶專輯形式展示浙江大學(xué)在材料化學(xué)領(lǐng)域的研究成果，獻(xiàn)禮浙江大學(xué)120周年校慶。

　　石墨烯纖維結(jié)入選Nature2011年度圖片，為2005年以來(lái)唯一入選的中國(guó)科技成果。超輕氣凝膠被Nature兩次高度評(píng)論。

　　獲最輕固態(tài)材料吉尼斯世界紀(jì)錄認(rèn)證，授予世界創(chuàng)新論壇“金袋鼠”創(chuàng)新獎(jiǎng)，入選兩院院士評(píng)選2013年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞。

　　用最新高導(dǎo)熱超柔性石墨烯膜折疊的千紙鶴

　　此次最新高導(dǎo)熱超柔性石墨烯膜研發(fā)成果的相關(guān)論文UltrahighThermalConductiveyetSuperflexibleGrapheneFilms近日發(fā)表于《先進(jìn)材料》AdvancedMaterials雜志，論文第一作者為博士生彭蠡

　　近日，浙大新聞辦，錢(qián)江晚報(bào)等媒體記者采訪了浙江大學(xué)高分子系高超教授團(tuán)隊(duì)。面對(duì)記者，高超教授介紹，電子電器工作時(shí)會(huì)發(fā)熱，需要高效熱管理來(lái)保證其正常運(yùn)行。新一代器件還要求可彎折性。因此，研究高導(dǎo)熱高柔性材料至關(guān)重要。但現(xiàn)有宏觀材料的高導(dǎo)熱和高柔性是一對(duì)魚(yú)和熊掌難以兼得的矛盾。

　　石墨烯的出現(xiàn)為解決這一矛盾提供了理論上的可能。它是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面單層二維大分子。原子質(zhì)量輕、簡(jiǎn)單而又強(qiáng)力的鍵接結(jié)構(gòu)賦予了它超高的導(dǎo)熱性；同時(shí)，單原子層厚度又使得其具有較好的柔性。遺憾的是，目前已有的剝離型石墨烯片小、缺陷多，其組裝而成的宏觀材料導(dǎo)熱率和柔性都欠佳，還比不上商業(yè)化的聚酰亞胺石墨化膜(GPI)。比如，我們手機(jī)里的散熱膜，就是用GPI制成的。

　　發(fā)現(xiàn)石墨烯的諾獎(jiǎng)得主安德烈·海姆，浙大名譽(yù)教授，石墨烯的發(fā)現(xiàn)就值一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，新型石墨烯組裝膜未來(lái)上到特種航天，下到智能手機(jī)都可應(yīng)用，其價(jià)值就更是大的不可估量了

　　在高超教授的辦公室，記者見(jiàn)到了一片20厘米邊長(zhǎng)的石墨烯組裝膜，看上去很像一片大大的即食海苔。高超介紹，這10微米厚的“海苔”，是由數(shù)千層單片石墨烯交疊而成的。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，石墨烯膜可以耐受10萬(wàn)余次的彎曲，而不影響其導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，而且，在反復(fù)折疊6000次后仍沒(méi)有斷裂。此前性能最好的GPI最多只能反復(fù)折疊3次。同時(shí)這種石墨烯膜的導(dǎo)熱率最高達(dá)到2053W/mK（瓦/米·度），接近理想單層石墨烯導(dǎo)熱率的40%，創(chuàng)造了宏觀材料導(dǎo)熱率的新紀(jì)錄。

　　柔軟而高導(dǎo)熱的性能，賦予我們無(wú)限的想象空間，比如，可折疊的手機(jī)、筆記本電腦，甚至衛(wèi)星和航天器。課題組將這種石墨烯膜替代商用GPI膜，應(yīng)用于手機(jī)散熱膜上，發(fā)現(xiàn)手機(jī)CPU處的溫度可以控制在33℃以下，相對(duì)商用GPI膜降低了6℃。如果把這層膜用到人造衛(wèi)星上，就能很好地解決衛(wèi)星的“向光背光”溫差大的問(wèn)題。

　　彭蠡說(shuō)，電子元器件的散熱是器件開(kāi)發(fā)一項(xiàng)很重要的課題。它們“怕熱”，是因?yàn)檫@些功率器件都有穩(wěn)定工作的溫度區(qū)間。隨著溫度的升高，器件工作的穩(wěn)定性會(huì)下降，噪音升高，并且壽命降低。一般來(lái)說(shuō)，溫度提高8—10度，器件壽命會(huì)下降一半。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子產(chǎn)品失效的原因中，溫度占比達(dá)到50%以上。

　　科學(xué)家是如何讓石墨烯膜由“脆”變“柔”，并兼顧了良好的導(dǎo)熱性能呢？高超說(shuō)，團(tuán)隊(duì)提出了一種“大片微褶皺”的設(shè)計(jì)思路，在制備石墨烯膜的過(guò)程中引入了許多微小的褶皺，讓石墨烯膜成為一種“能屈能伸”的材料。就像女孩們的百褶裙，裙擺可以展開(kāi)很大。如此細(xì)小的褶皺怎么制造？高超團(tuán)隊(duì)想出了一種新穎的方法：將石墨烯膜高溫加熱，膜中的含氧官能團(tuán)在高溫下分解釋放出氣體，使石墨烯膜內(nèi)部形成微氣囊；再經(jīng)過(guò)機(jī)械輥壓成膜，微氣囊的氣體被排出，形成微褶皺。“就這么簡(jiǎn)單”，高超說(shuō)。

　　AdvancedScienceNews評(píng)論認(rèn)為，這項(xiàng)成果使得很多大面積多功能的二維材料能夠應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)世界的柔性器件中，從特種航天到智能手機(jī)，不一而足。

　　AdvancedScienceNews認(rèn)為，這樣的設(shè)計(jì)理念和實(shí)驗(yàn)策略能夠拓展至其他二維納米材料中。