中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所の王振洋チームは「3 Dプリント構(gòu)造設(shè)計-レーザー界面工學(xué)-スケール橫斷性能制御」設(shè)計構(gòu)想に基づき、高い異方性熱伝導(dǎo)率、高い光熱/電気熱変換効率と良好な疎水性と機械性能を兼ね備えたグラフェン/ポリマー複合材料の二層構(gòu)造を開発した。

グラフェンシートの異方性熱伝導(dǎo)性能を利用するために、2ノズル溶融堆積成形3 D印刷技術(shù)を用いて、グラフェンシ配向配列を?qū)g現(xiàn)し、グラフェン強化熱可塑性ポリウレタンと純熱可塑性ポリウレタンからなる2層構(gòu)造を設(shè)計し、グラフェンシ強化熱可塑性ポリウレタン2層構(gòu)造の配向熱伝導(dǎo)と蓄熱効果を評価した。研究により、より大きいサイズのグラフェンは、形成された連続熱伝導(dǎo)経路によって面內(nèi)熱伝導(dǎo)性能を増強することが分かった。上層グラフェン強化熱可塑性ポリウレタン複合材料IP方向の熱伝導(dǎo)率は4.54W/(m·K)，TP方向の熱伝導(dǎo)率の約6倍であると同時に、純熱可塑性ポリウレタン下地層はこの性能をさらに向上させ、グラフェン強化熱可塑性ポリウレタン二層構(gòu)造に約8の異方性熱伝導(dǎo)率を示した。

複合材料の異方性熱伝導(dǎo)性を向上させるために、レーザー誘導(dǎo)処理を用いて3 D印刷されたグラフェン強化熱可塑性ポリウレタン二層構(gòu)造を研究した。研究により、レーザー処理は複合物中のグラフェンシートの配向と二層構(gòu)造の完全性を保留し、グラフェンシネットワークを暴露し再構(gòu)成し、熱可塑性ポリウレタン炭化層を強化し、その欠陥狀態(tài)を制御し、異方性導(dǎo)電性と異方性熱伝導(dǎo)比を向上させた。レーザー処理によりポリマーマトリックスを分解した後、複合材料表面に形成されたマイクロスケール構(gòu)造と粗面表面は材料表面の疎水性を高め、入射光を複數(shù)回反射させて光路を延長し、光熱変換効率を強化した。

この仕事は有限要素分析と分子動力學(xué)シミュレーションを結(jié)合し、溶融堆積成形印刷モデルとレーザー処理によるポリマー分解過程を研究し、最適化し、航空機の翼表面と建築物外壁アンテナの光伏板の除氷防氷などの応用に新しい解決策を提供することが期待されている。

関連研究成果は「炭素」（Carbon）と「化學(xué)工學(xué)雑誌」（Chemical Engineering）に発表されたJournal)に掲載されている。研究活動は國家重點研究開発計畫と國家自然科學(xué)基金の支持を得た。