水凝膠具有優異的機械柔性，廣泛應用于柔性電子器件中。然而，由于高功率集成柔性電子器件的低熱導率，很難滿足其進一步的應用。本文通過芳香族聚酰胺納米纖維（ANF）和氟化石墨烯（FG）增強聚乙烯醇（PVA）構建了具有固液互穿導熱網絡的高導熱復合水凝膠，并通過單寧酸（TA）溶液浸漬進行交聯，獲得了具有雙交聯網絡的水凝膠。與PVA–ANFT相比，PVA–ANF–FG
3T-11.1%復合水凝膠表現出良好的機械性能，拉伸模量高達0.89 MPa，拉伸強度高達1.23 MPa，斷裂能高達3.45 MJ cm
–3，這主要歸因于復合水凝膠中的多氫鍵相互作用。此外，PVA–ANF–FG
3T-11.1%復合水凝膠的摩擦系數為0.178，適用于高摩擦系數應用。PVA–ANF–FG
3T-11.1%復合水凝膠的熱導率為1.42 W m
–1 K
–1，這歸因于固體熱導網絡和液體對流網絡的協同作用，導致復合水凝膠具有較高的熱導率。PVA–ANF–FG
3T-11.1%復合水凝膠的高導熱性在柔性可穿戴電子產品和冷卻膏應用方面顯示出巨大的潛力。
圖1. （a） FGi的SEM圖像。（b，c）FG的TEM和HR-TEM圖像。（d）FGi、FG1、FG2和FG3的元素含量。F1s（F）和C1s（e）以及FGi、FG1、FG2和FG3的XPS。FGi、FG1、FG2和FG3的FTIR（g）和拉曼（h）。
圖2. （a） PVA–ANF–FGT復合水凝膠的制備過程示意圖。（b） ANF、PVA和FG以及在DMSO中混合的照片。（c，d）不同形狀的PVA–ANF–FGT復合水凝膠。（e） PVA–ANF–FGT復合水凝膠的SEM圖像。（f） 復合水凝膠的初始含水量和（g）溶脹比。
圖3. （a–c）PVA、PVA-ANF-
T和PVA-ANF-FG
T的FTIR光譜。（d–f）PVA、PVA–ANF和PVA–ANF-FG溶液的復數粘度、儲能模量和損耗模量。
圖4.（a） 不同FG的PVA–ANF–FG
T復合水凝膠的拉伸應力-應變曲線。（c） PVA–ANF–FG
T復合水凝膠的斷裂伸長率和韌性。（d，e）PVA–ANF–FG
T與40%和60%的不同FG復合水凝膠的循環壓縮試驗。（f） 壓縮試驗涉及9個循環，使用60%的PVA–ANF–FG
T-11.1%。
圖5.（a，b）具有不同FG的PVA–ANF–FG
T水凝膠的熱導率和熱導率增強。（e） PVA–ANF–FG
T-11.1%水凝膠的LED溫度與時間的關系。（f） 復合水凝膠的傳熱機理示意圖。
圖6.（a，b）PVA–ANF–FG
T復合水凝膠的摩擦系數。（c，d）PVA–ANF–FG3
T-11.1%在不同轉速（載荷：5N）下的摩擦系數。（e，f）PVA–ANF–FG3
T-11.1%在不同載荷（速度：100 rpm）下的摩擦系數。
相關研究成果由陜西科技大學Xiaohua Jia和Haojie Song等人2023年發表在ACS Applied Materials & Interfaces (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c14478)上。原文：Fluorinated Graphene Thermally Conductive Hydrogel with a Solid–Liquid Interpenetrating Heat Conduction Network
轉自《石墨烯研究》公眾號
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