Enhanced thermal conductivity in oriented cellulose nanofibril/graphene composites via interfacial engineering

材料科学 石墨烯 热导率 复合材料 纤维素 纳米纤维素 复合数 各向异性 纳米技术 化学工程 工程类 量子力学 物理
作者
Dejin Jiao,Na Song,Peng Ding,Liyi Shi
出处
期刊:Composites Communications [Elsevier]
卷期号:31: 101101-101101 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.coco.2022.101101
摘要

Efficient thermal management has become an important design consideration for the development of modern electronic devices, seeking to combine excellent thermal conductivity and good mechanical properties. Graphene-based composites are considered as new generation materials for addressing this issue. However, challenges associated with well-oriented structures and well-controlled interactions have so far restrained the achievement of excellent thermal conductivity, limiting the applications of these composites in the fields of thermal management. Here, we describe a composite system which achieves high thermal conductivity and mechanical properties by designing the interfacial interactions between cellulose nanofibrils (CNFs) and oriented graphene. We use polyethylene glycol (PEG) to covalently modify graphene nanosheets (GP), and improve the adhesion with CNF via hydrogen bonds. The CNF/GP composites show clear layered structure with anisotropic thermal conductivities. Increasing the GP content improves the thermal conductivities along in-plane direction, while through-plane thermal conductivities remain low. Surface grafting of PEG chains on the graphene allows further enhancement of thermal conductivities. Moreover, the CNF/GP composites show good mechanical properties. Finally, the combination of thermal conductivities and mechanical performance facilitate thermal management applications for such composites. • Graphene is covalently functionalized using PEG, enhancing the interactions with nanocellulose matrix. • Ordered structures can be readily obtained by vacuum filtration. • The enhanced interactions and oriented structures enable high in-plane thermal conductivities and good mechanical properties.
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