嘉大青年教师郑豪龙博士在Chemical Engineering Journal发表研究成果：
缺陷修复促进石墨烯膜声子传热实现高效电子散热
嘉兴大学崔利教授团队青年教师郑豪龙博士在Chemical Engineering Journal发表研究成果：利用石墨烯量子点（GQDs）增强石墨烯膜缺陷修复，将百微米厚膜面内热导率提升至1633 W·m-1·K-1，实现LED散热增强，为高功率电子器件热管理提供新思路。
随着电子设备不断向小型化、高集成度方向发展，芯片功率密度持续攀升，局部热积累已成为制约器件可靠性和使用寿命的关键瓶颈。以智能手机、AI芯片和高功率LED为代表的现代电子系统，亟需兼具超高导热性能和柔性的热管理材料。石墨烯因其高达约5000 W·m-1·K-1的理论热导率，被视为下一代电子散热材料的理想候选。然而，由氧化石墨烯（GO）组装制备石墨烯膜的过程中，高温热还原会释放大量CO和CO2等气态副产物，不可避免地引入碳原子空位等结构缺陷，导致声子散射增强，严重制约了薄膜导热性能的进一步提升。如何进一步减少热还原后石墨烯膜的缺陷，实现高取向、大晶粒的结构，成为领域内亟待解决的科学难题。
研究团队利用石墨烯量子点（GQDs）作为外部碳源，在高温石墨化过程中实现对石墨烯膜缺陷的修复。热还原过程中，小尺寸氧化石墨烯片为气体释放提供通道，而GQDs则作为外部碳源填充原子空位，促进缺陷修复并实现晶粒生长。当GQDs添加量为12.5 wt%时，膜缺陷修复效果最为显著，ID/IG值降至0.0073。除空位填补外，GQDs提供的额外碳源也促进了相邻石墨烯片层之间的晶粒融合与有序取向。缺陷降低与晶粒尺寸增大共同减少了声子-缺陷散射和声子-晶界散射，使石墨烯膜面内热导率达1633 W·m-1·K-1，相较于未添加GQDs的样品提升约10.8%。将其应用于50 W功率的LED散热，实测结果表明，使用高导热石墨烯膜可使运行300秒后的LED芯片降温达13℃。结合热仿真分析，高导热石墨烯膜使整个LED器件表面实现了更加均匀的温度分布，展现出卓越的热扩散能力。该研究通过引入石墨烯量子点作为“纳米焊料”，实现石墨烯膜的缺陷修复与晶粒生长协同调控，促进了宏观石墨烯膜中声子输运效率，获得了兼具低缺陷、高有序堆垛和高面内热导率的石墨烯膜，其在高功率LED散热中展现出优越的散热性能。为高性能石墨烯热管理材料的设计提供了微观结构调控思路，有望助力解决智能手机、数据中心、功率电子模块等应用场景下的“热失效”问题。
图1 石墨烯膜制备流程及微观结构演化
图2 GQDs辅助热处理石墨烯膜缺陷修复及导热性能结果
图3 LED散热仿真及散热实验测试结果
相关研究成果以“Defect-healed graphene films via graphene quantum dots welding for heat dissipation in electronic applications”为题于2026年3月15日发表于国际期刊《Chemical Engineering Journal》（一区Top，IF=13.2）。嘉兴大学为第一单位，文章第一作者为嘉兴大学青年教师郑豪龙博士，通讯作者是嘉兴大学材料与纺织工程学院李艳艳副教授，中国科学院上海微系统与信息技术研究所杨舒景博士、何朋副研究员和丁古巧研究员。该研究得到国家自然科学基金项目（52303126, 52572057）、浙江省自然科学基金（LQN26E020029）、浙江省科技计划项目（2025ZY01057）、嘉兴市公益研究项目（2024AY30003）及嘉兴大学科研启动基金（70525054）的资助。
崔利教授团队长期聚焦高分子材料、纤维成型、绿色纺织技术及电子新材料的产学研融合创新，以生物医用、聚合物高值回收、电子热管理等领域应用需求为牵引，开发高性能功能复合材料。
原文链接http://doi.org/10.1016/j.cej.2026.174398
作者介绍
郑豪龙，博士，嘉兴大学青年教师，硕士生导师。2025年获中国科学院大学材料物理与化学专业博士学位（培养单位：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，集成电路材料全国重点实验室），同年加入嘉兴大学材料与纺织工程学院。聚焦石墨烯基材料的可控制备及其在电子热管理领域的应用基础研究。在Advanced Functional Materials, Advanced Science, Chemical Engineering Journal, Carbon等期刊发表学术论文十余篇，授权国家发明专利2项。主持浙江省自然科学基金青年基金项目1项，参与多项国家重大科技任务及企业横向课题。获中国科学院院长奖、上海市优秀毕业生等荣誉奖项。
来源：材料与纺织工程学院
初审：梁海芳、桂兆
二审：闫建华、沈小军
终审：张景军
编辑：邓文龙
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