Les fibres de carbone à conductivité thermique élevée présentent de nombreux avantages tels qu'un poids léger, une résistance élevée et une faible dilatation thermique, et sont largement utilisées comme matériaux de gestion thermique efficaces et matériaux composites de protection thermique avancés.
Parmi les systèmes traditionnels de fibres de carbone à haute performance, seules les fibres de carbone à base de brai mésophase appartiennent aux fibres de carbone à haute conductivité thermique. Cependant, son seuil technique est élevé, le prix est extrêmement cher et il est strictement sous embargo par les pays occidentaux comme les États-Unis et le Japon. Par conséquent, il est urgent de développer une nouvelle technologie de fibre thermoconductrice pour répondre à la demande urgente de matériaux et de produits à haute conductivité thermique.
L'inadéquation topologique entre les chaînes polymères unidimensionnelles et les cristaux de graphite bidimensionnels pendant la graphitisation est efficacement modulée en plaçant au préalable les cristaux de semence d'oxyde de graphène 2D à grande échelle dans des précurseurs commerciaux de polyacrylonitrile. Cette méthode améliore l'uniformité de la composition et de la structure des fibres et favorise la cinétique de graphitisation des polymères.
La régulation de structure et la fabrication par lots de fibres de carbone composites de graphène à conductivité thermique élevée qui possèdent une grande taille de région cristalline et un degré d'orientation cristalline élevé sont également réalisées. De plus, le mécanisme moléculaire de la graphitisation des germes topologiques bidimensionnels est révélé par des expériences et des simulations de dynamique moléculaire.
La conductivité thermique de la fibre de carbone composite graphène peut atteindre 850 W/mK, dépassant de loin la fibre de carbone traditionnelle à base de polyacrylonitrile (32 W/mK), atteignant le niveau de la fibre de carbone spéciale à base de brai. Sa conductivité thermique spécifique est de 450 mW∙m2/kg∙K, ce qui dépasse celle de nombreux matériaux fibreux (fibres métalliques et fibres de carbone traditionnelles).
Plus important encore, grâce à une exploration approfondie du principe de transformation de la graphitisation topologique bidimensionnelle des graines, la possibilité de transformation mutuelle entre les matériaux de graphitisation difficiles et faciles est vérifiée, et un nouveau principe est fourni pour la conception structurelle et la préparation d'autres haute- matériaux en graphite performants. La technologie de préparation de fibres à faible coût et à haute conductivité thermique a été développée, ce qui peut favoriser l'application de fibres fonctionnelles dans la gestion thermique et le stockage d'énergie flexible à l'avenir.
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