中南大学龚深团队Composite Communications：在高导热Cu/Graphene nanosheets复合材料中原位构建金属共价异质结

本文报道了中南大学龚深教授团队在高导热铜/石墨烯纳米片复合材料领域的研究进展。背景方面，随着高功率芯片发展，对热管理材料要求日益严苛，但铜与石墨烯纳米片之间界面润湿性不足严重限制了复合材料的热导率。研究目的上，团队通过数据驱动设计策略筛选出Cr和Zr作为双界面改性元素，并采用湍流冲击均质铸造技术，旨在原位构建金属-共价异质结构以降低界面热阻，提升复合材料热导率。结论表明，成功制备的Cu-0.5Cr-0.5Zr/石墨烯纳米片复合材料中形成了Cu/ZrC/Cr3C2/C金属-共价异质结，其界面结合稳定、取向匹配良好。当石墨烯纳米片含量达20 vol%时，复合材料平均热导率达到635.85 W·K⁻¹·m⁻¹（水平方向627.4，垂直方向644.3），相比纯铜提升超60%，同时弯曲强度达211 MPa。基于有效介质近似模型分析，总界面热阻显著降低至1.602×10⁻⁸ m²·K·W⁻¹。该研究为制备应用于先进热管理领域的超高热导率铜/石墨烯复合材料提供了有效策略。