高导热炭材料兼具高导热性和耐温耐腐蚀特性，在航空航天和微电子领域的热管理中应用广泛。受益于牢固结合的碳原子和高度有序的晶格排列，高导热炭材料的面内热导率可以达到2300 W/(m·K)。常见的高导热炭材料主要有聚丙烯腈基炭材料、中间相沥青基炭材料和聚酰亚胺基炭材料。聚酰亚胺基炭材料是由聚酰亚胺经炭化、石墨化处理得到，具有高结晶性、高取向性和较少的晶格缺陷，热导率可以达到1800 W/(m·K)。聚酰亚胺基炭材料是一种具有巨大产业化价值的新型炭材料，提高聚酰亚胺基炭材料的热导率具有广阔的应用前景。
高导热炭材料兼具高导热性和耐温耐腐蚀特性，在航空航天和微电子领域的热管理中应用广泛。受益于牢固结合的碳原子和高度有序的晶格排列，高导热炭材料的面内热导率可以达到2300 W/(m·K)。常见的高导热炭材料主要有聚丙烯腈基炭材料、中间相沥青基炭材料和聚酰亚胺基炭材料。聚酰亚胺基炭材料是由聚酰亚胺经炭化、石墨化处理得到，具有高结晶性、高取向性和较少的晶格缺陷，热导率可以达到1800 W/(m·K)。聚酰亚胺基炭材料是一种具有巨大产业化价值的新型炭材料，提高聚酰亚胺基炭材料的热导率具有广阔的应用前景。
图1 GO/PI基石墨纳米纤维的制备流程
清华大学杜鸿达教授，在《新型炭材料》（New Carbon Materials）发表研究论文“Thermal conductivity of graphite nanofibers electrospun from graphene oxide-doped polyimide”。如图1所示，作者将氧化石墨烯（GO）分散在 N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）中，以均苯四甲酸二酐（PMDA）和二氨基二苯醚（ODA）为单体聚合成聚酰亚胺（PI）的前驱体溶液，通过静电纺丝得到平行取向的纳米纤维薄膜，经热亚胺化制得聚酰亚胺纤维，再经炭化和石墨化，PI纤维转化为石墨纤维。
图2 (a)GO/PI纳米纤维的FT-IR光谱图；(b)不同GO浓度的GO/PI纳米纤维的分子链取向度；(c)GO/PAA溶液电导率随GO浓度的变化图
如图2所示，通过偏振红外光谱仪测试，发现随着GO添加量的提高，PI纤维的分子链取向度逐步提高，取向度在0.1%GO添加量达到最大值。这是由于GO通过提高静电纺丝溶液电导率，增大了纤维在静电纺丝过程中的拉伸程度，从而提高了分子链取向度。
图3 (a)GO/PI石墨纳米纤维的XRD图谱；(b)石墨化度和平均晶格尺寸随GO浓度的变化图；(c)GO/PI石墨纳米纤维的拉曼图谱；(d)ID/IG随GO浓度的变化图
如图3所示，GO/PI石墨纳米纤维的XRD图谱显示（002）峰峰位发生右移，经计算，发现GO的添加提高了石墨纤维的石墨化程度和平均晶格尺寸。这是因为GO促进了PI的石墨化过程。GO/PI石墨纳米纤维的拉曼光谱显示D峰随着GO的添加逐渐减小，表明了石墨微晶的缺陷逐渐减少。
图4 (a) GO/PI石墨纳米纤维在不同测试温度下的热导率；(b) GO/PI石墨纳米纤维的平均热导率随GO浓度的变化图；(c) GO/PI石墨纳米纤维的电导率随GO浓度的变化图
如图4所示，通过稳态T型法测量得到GO/PI基石墨纤维的热导率，发现随着GO的添加，GO/PI基石墨纤维的热导率逐步提高，0.1%GO含量对应于最高的热导率，达到 331 Wm−1K−1。同时，作者发现极少量 GO（0.1%）就可以显著提高 PI 基石墨纳米纤维的热导率。
