隨著半導體制造技術的不斷進步和電子工業(yè)的不斷發(fā)展，電子設備的散熱問題日益受到關注，越來越多的導熱材料被應用于攜帶型裝置、電子設備和能源領域。高分子聚合物是經(jīng)常用于電子設備制造和集成電路封裝的材料，但是高分子本身熱導率不高，一般低于0.5 W/m·K，不能滿足高功率電子裝備的應用需求。針對這一缺點，本征熱導率高的石墨烯已被廣泛利用作為納米填料與高分子共混，形成復合材料，以提高整體熱導率。然而，共混法制備的復合材料對于熱導率的提升效果十分有限，因此，在高分子基底中構建具有導熱連續(xù)網(wǎng)絡的三維石墨烯結構是解決這一問題的有效手段。

中國科學院寧波材料技術與工程研究所表面事業(yè)部功能碳素材料團隊開發(fā)了一種低成本、工藝簡單、且能大規(guī)模應用的石墨烯/高分子高導熱復合材料的制備方法，將高分子粉體表面均勻包裹上石墨烯納米片，再通過熱壓制備成復合材料。通過此工藝，石墨烯能在高分子基底中形成胞室狀的三維結構，其復合材料熱導率能達到一般熔融混合法產(chǎn)品的兩倍。這種方法適用于各類熱塑性聚合物，包含對聚乙烯、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯等，在重量百分率10% 的石墨烯添加量下，能將高分子聚合物的本征熱導率提高5～6倍。這一工作有助于推動石墨烯相關高分子導熱復合材料的制備及應用的發(fā)展。

目前，相關工作已被《材料化學雜志A》（Journal ofMaterials Chemistry A，DOI: 10.1039/c7ta00750g) 接受。該研究工作獲得國家“青年千人計劃”和中科院“百人計劃”、

國家自然科學基金(51573201)、浙江省公益技術應用研究計劃(2016C31026)以及3315創(chuàng)新團隊項目的資助。

日前，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室盧柯研究組發(fā)現(xiàn)通過適當合金元素的晶界偏聚可以提高晶界穩(wěn)定性，從而可以大幅度調(diào)控納米金屬的強度。該研究得到科技部國家重大科學研究計劃和國家自然基金資助。該成果發(fā)表于2017年3月24日出版的Science（《科學》）。金屬材料的強度或硬度往往隨晶粒尺寸減小而增加，遵循基于位錯塞積變形機制的Hall-Petch 關系，即強度的增加與晶粒尺寸的平方根成反比。而當晶粒尺寸低于某臨界晶粒尺寸（通常為10～30納米）時，金屬的強度會偏離Hall-Petch 關系，有些金屬的強度不再升高甚至下降，這種納米尺度下的軟化現(xiàn)象通常歸因于納米金屬中大量晶界的遷移。

盧柯研究組利用電解沉積方法制備出晶粒尺寸從30納米到3.4納米變化的一系列Ni-Mo合金樣品，發(fā)現(xiàn)當晶粒尺寸小于10 納米時合金出現(xiàn)軟化行為。通過適當溫度的退火處理，他們利用晶界弛豫以及Mo原子在晶界上的偏聚，使材料硬度明顯提高，最高可達11.35GPa。

這一結果表明，晶粒尺寸相同的納米材料，其硬度可以通過調(diào)控晶界穩(wěn)定性而大幅度地變化，既可硬化也可軟化。該發(fā)現(xiàn)揭示了納米材料中軟化和硬化行為本質，澄清了過去三十多年來關于這一問題的爭論。同時表明在納米金屬中硬度不僅依賴于晶粒尺寸，也受控于晶界穩(wěn)定性。晶界穩(wěn)定性可成為納米材料中除晶粒尺寸之外的另一個性能調(diào)控維度。

納米金屬中的不同硬度變化源于不同的塑性變形機制。盧柯研究組與法國UNIROUEN 及南京理工大學的合作者利用原子探針技術和高分辨率電子顯微術發(fā)現(xiàn)，制備態(tài)納米Ni-Mo樣品中的軟化行為是由于機械驅動的晶界遷移變形機制所致。而納米Ni-Mo樣品在退火過程中發(fā)生了晶界弛豫及溶質原子的晶界偏析，降低了晶界能，提高了晶界的穩(wěn)定性，使晶界行為在外力作用下難以啟動，塑性變形通過拓展不全位錯的形核及運動來實現(xiàn)。由于位錯形核應力與晶粒尺寸的倒數(shù)成正比，樣品硬度隨晶粒尺寸減小不降反升。極小晶粒尺寸納米金屬的硬化及軟化行為充分展現(xiàn)了由晶界穩(wěn)定性控制的微觀變形機制轉變。這一發(fā)現(xiàn)為設計及制備具有如超高硬度等優(yōu)異性能的新型納米金屬材料提供了新思路。