一.背景介绍
在现代电子、航空航天等领域，高效热管理至关重要。环氧树脂因其耐化学性、热稳定性和易加工性被广泛应用，但其电导率和热导率较低限制了其应用。金属填料如铜因其高热导率成为改善环氧树脂性能的有效手段，但铜纳米线易氧化。目前，减少铜纳米线氧化的主要策略是创建核壳或涂层结构，包括用聚吡咯包裹铜纳米线，形成铜@镍纳米线或核壳结构，以及开发铜纳米线@还原氧化石墨烯（Cu NWs/rGO）核壳结构。然而，这些方法通常涉及复杂的多步骤过程，需要分别制备铜纳米线和rGO，因此，研究人员致力于通过一锅合成方法，在保持机械性能的同事，来简化这些步骤。
二.成果掠影
近日，天津理工大学谢飞、李文江团队采用一锅水热法在还原氧化石墨烯(rGO)和碳纳米管（CNTs）上原位生长高长径比的铜纳米线（Cu NWs）和均匀分散的铜纳米颗粒（Cu NPs），以获得Cu-rGO-CNTs混合材料（CuGNT）。通过酸处理对CNTs进行羧基化，增强了它们的亲水性。在合成过程中，rGO由GO转化而来，有助于形成良好分散的Cu NPs和高长径比的Cu NWs。CuGNT混合材料被用作填料均匀分散在环氧树脂（EP）基体中，形成环氧复合材料（CuGNT-EP）。填料形成了三维互连网络，即使在低填料含量下（相对于EP含量的2 wt%），也显著提高了纯环氧树脂的热导率（热导率提升因子为87.37%），并保持了高拉伸强度（33.76 Mpa）。此外，填料具有优异的热稳定性和抗氧化性，并且不会形成完整的导电通路，从而满足抗静电功能的要求（> 10^9 Ω·m）。研究成果以“Nano copper-modified GO and CNTs for enhanced the epoxy resin composite thermal properties”为题发表在《Applied Surface Science》期刊。
三、图文导读
图1.CuGNT-EP涂层制备的示意图
图2. (a) GO、C-CNTs和CuGNT的傅里叶变换红外光谱(FTIR)；(b) GNT和rGNT的拉曼光谱；(c) GO、C-CNTs和CuGNT的XPS全谱；(d) GO的C1s XPS谱；(e) CuGNT的C1s XPS谱；(f) C-CNTs的C1s XPS谱。
图3.铜纳米线(Cu NWs)合成机制的示意图。
图4.(a,d) 铜纳米线(Cu NWs)的SEM图像；(b,e) GNT纳米复合材料的SEM图像；(c,f) CuGNT纳米复合材料的SEM图像。
图5. (a,b) CuGNT混合物的HRTEM图像；(c) CuGNT混合物的HADDF图像；(d,e) CuGNT混合物的碳元素分布图(红色)；(d,f) CuGNT混合物的铜元素分布图(绿色)。(关于本图例中颜色引用的解释，请读者参阅本文的网络版本。
图6.(a) 新制备的铜纳米线(Cu NWs，右)和CuGNT(左)在空气中储存0、5、10和20天后的异丙醇分散液；(b) 铜纳米线和CuGNT在空气中放置1、3、7、15和40天的XRD图谱；(c) 具有涂层纳米结构的CuGNT的DTC-TG曲线；(d) 铜纳米线的XPS全谱；(e) CuGNT的XPS全谱；(f) 铜纳米线的C1s XPS谱；(g) CuGNT混合物的C1s XPS谱。
图7.(a) 不同GO/CNT比例的CuGNT-EP复合材料的热导率；(b) 不同填料含量的CuGNT-EP复合材料的热导率；(c) 纯环氧树脂(EP)、铜-环氧树脂(Cu-EP)、CurGO-环氧树脂(CurGO-EP)、CuCNT-环氧树脂(CuCNT-EP)和CuGNT-环氧树脂(CuGNT-EP)样品的热导率；(d) CuGNT-EP复合材料中热量传递的示意图。
图8. (a) 4毫米厚的纯环氧树脂(EP)、铜-环氧树脂(Cu-EP)、CurGO-环氧树脂(CurGO-EP)、CuCNT-环氧树脂(CuCNT-EP)、CuGNT-环氧树脂(CuGNT-EP)的红外热成像图；(b) 对应热点温度随时间的变化；(c) 不同厚度的涂层涂覆在铝板上的红外热成像图；(d) 对应热点温度随时间的变化。