三维旋转石墨烯的异常低和密度不敏感的热导率

http://dx.doi.org/10.1039/C7NR04455K石墨烯具有优异的机械、热学和电学性能。然而，由于石墨烯的原子厚度和抗弯刚度不足，单层石墨烯在机械工程应用方面存在局限性。合成石墨烯气凝胶或泡沫是利用石墨烯三维体形式的一种方法。最近，人们提出了具有陀螺几何形状的石墨烯。陀螺是一个三周期最小表面，它允许石墨烯片形成三维结构。它的轻量化和高机械强度表明，这种几何结构能够使构成石墨烯的材料协同作用，促进大块材料的力学性能。然而，尚不清楚旋转石墨烯是否能保持原始石墨烯片的高导热性。本文采用全原子分子动力学模拟的方法研究了不同孔隙率的旋转石墨烯的热导率。与其优异的机械性能相比，我们发现旋转石墨烯的导热系数比原始石墨烯低300多倍，体积密度仅为石墨烯的三分之一左右。我们得出了一个标度定律，表明导热系数随体积密度的变化不大，这与传统多孔材料的行为形成了对比。 Our analysis shows that the poor thermal conductivity of gyroid graphene can be attributed to defects and curvatures of graphene, which increase with the density, resulting in the reduction of phonon mean free path by phonon scattering. Our study shows that three-dimensional porous graphene has potential that may be utilized in designing new lightweight structural materials with low and density-insensitive thermal properties and superior mechanical strength.