高導熱炭材料兼具高導熱性和耐溫耐腐蝕特性，在航空航天和微電子領(lǐng)域的熱管理中應用廣泛。受益于牢固結合的碳原子和高度有序的晶格排列，高導熱炭材料的面內熱導率可以達到2300 W/(m·K)。常見(jiàn)的高導熱炭材料主要有聚丙烯腈基炭材料、中間相瀝青基炭材料和聚酰亞胺基炭材料。聚酰亞胺基炭材料是由聚酰亞胺經(jīng)炭化、石墨化處理得到，具有高結晶性、高取向性和較少的晶格缺陷，熱導率可以達到1800 W/(m·K)。聚酰亞胺基炭材料是一種具有巨大產(chǎn)業(yè)化價(jià)值的新型炭材料，提高聚酰亞胺基炭材料的熱導率具有廣闊的應用前景。

圖1 GO/PI基石墨納米纖維的制備流程

清華大學(xué)杜鴻達教授，在《新型炭材料》（New Carbon Materials）發(fā)表研究論文“Thermal conductivity of graphite nanofibers electrospun from graphene oxide-doped polyimide”。如圖1所示，作者將氧化石墨烯（GO）分散在 N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）中，以均苯四甲酸二酐（PMDA）和二氨基二苯醚（ODA）為單體聚合成聚酰亞胺（PI）的前驅體溶液，通過(guò)靜電紡絲得到平行取向的納米纖維薄膜，經(jīng)熱亞胺化制得聚酰亞胺纖維，再經(jīng)炭化和石墨化，PI纖維轉化為石墨纖維。

圖2 (a)GO/PI納米纖維的FT-IR光譜圖；(b)不同GO濃度的GO/PI納米纖維的分子鏈取向度；(c)GO/PAA溶液電導率隨GO濃度的變化圖

如圖2所示，通過(guò)偏振紅外光譜儀測試，發(fā)現隨著(zhù)GO添加量的提高，PI纖維的分子鏈取向度逐步提高，取向度在0.1%GO添加量達到最大值。這是由于GO通過(guò)提高靜電紡絲溶液電導率，增大了纖維在靜電紡絲過(guò)程中的拉伸程度，從而提高了分子鏈取向度。

圖3 (a)GO/PI石墨納米纖維的XRD圖譜；(b)石墨化度和平均晶格尺寸隨GO濃度的變化圖；(c)GO/PI石墨納米纖維的拉曼圖譜；(d)ID/IG隨GO濃度的變化圖

如圖3所示，GO/PI石墨納米纖維的XRD圖譜顯示（002）峰峰位發(fā)生右移，經(jīng)計算，發(fā)現GO的添加提高了石墨纖維的石墨化程度和平均晶格尺寸。這是因為GO促進(jìn)了PI的石墨化過(guò)程。GO/PI石墨納米纖維的拉曼光譜顯示D峰隨著(zhù)GO的添加逐漸減小，表明了石墨微晶的缺陷逐漸減少。

圖4 (a) GO/PI石墨納米纖維在不同測試溫度下的熱導率；(b) GO/PI石墨納米纖維的平均熱導率隨GO濃度的變化圖；(c) GO/PI石墨納米纖維的電導率隨GO濃度的變化圖

如圖4所示，通過(guò)穩態(tài)T型法測量得到GO/PI基石墨纖維的熱導率，發(fā)現隨著(zhù)GO的添加，GO/PI基石墨纖維的熱導率逐步提高，0.1%GO含量對應于最高的熱導率，達到 331 Wm?1K?1。同時(shí)，作者發(fā)現極少量 GO（0.1%）就可以顯著(zhù)提高 PI 基石墨納米纖維的熱導率。