现代大功率电子器件算力与功耗指数级增长，对高效热管理提出严苛需求，高导热、柔性热界面材料（TIMs）成为关键支撑。传统聚合物基复合材料本征导热率低，而构建垂直导热网络仍面临高导热、轻量化、力学性能难以协同，以及制备工艺能耗高、流程繁琐等瓶颈。

        近日，吉林大学邹陆一教授与吉林师范大学吴同舜教授团队开发出一种简洁高效的“压缩导向取向&可控定向膨胀”（CACDE）组装策略，成功制备具有高度取向结构的石墨阵列气凝胶（GAA）框架，并与硅橡胶复合得到GAA/SR热界面材料，实现面外导热率与综合性能的突破性提升，相关成果发表于国际权威期刊Carbon上。

        该研究以膨胀石墨为原料，将其与发泡剂ADC均匀混合后单轴压缩，使石墨片层沿压力垂直方向择优取向，再经微波辐照触发ADC定向分解产气，驱动压块沿压缩轴可控膨胀，快速构筑垂直排列的GAA三维骨架，最后通过真空浸渍将硅橡胶充分渗入骨架孔隙并固化，得到目标复合材料。整个制备流程耗时短、能耗较传统方法降低80%以上，具备规模化制备潜力。所制备的GAA框架呈现独特三级阵列结构，石墨片层高度互锁、结晶度高、结构缺陷少，既形成连续贯通的面外导热通路，又拥有开放孔道利于聚合物浸润，赋予复合材料优异的导热与力学协同特性。

        性能测试表明，GAA/SR复合材料的面外导热率高达50.621 W/(m・K)，在25.7 wt%的低填料负载下，导热增强率（TCE）达到33647%，密度仅0.983 g/cm³，同时展现出显著的力学各向异性，兼顾承载刚性与界面柔性。加速老化实验显示，材料在30–60℃环境下长期存放，热导率波动小于3%，具备优异的热稳定性。在LED与CPU实际热管理场景中，该复合材料相较商用热界面材料，可使器件表面温度降低20–30℃，高负载下CPU核心温度更低、降温速率更快，有效缓解器件过热问题。

        该研究通过结构设计与制备策略创新，突破了传统热界面材料的性能局限，揭示了取向石墨阵列对传热效率的调控机制，为大功率微电子、5G通信、自动驾驶等领域的先进热管理材料开发提供了全新思路与可靠技术路径。

论文信息

· Carbon-based 3D array-reinforced thermal interface materials with highly oriented structure and superior thermal conductivity Sijin Yan, Jie Zhang, Zenghui Qu, Yunqiang Guo, Xiaoyang Feng, Shibo Qu, Tongshun Wu*, Luyi Zou*

Carbon, 2025, 244, 120693

DOI: 10.1016/j.carbon.2025.120693