1. 研究目的与意义（文献综述）

纳米材料由于其特殊的光学、电学、热学、力学等性能[1]，在过去的二十年中得到了飞速的发展。随着纳米器件的高性能化和多功能化，开发新的、综合性能优异的纳米材料成为当前研究的热点[2,3]。碳元素在地球上含量丰富，是组成有机生命体必不可少的元素，并能够以多种形式的同素异形体(allotropicity ) 存在。从零维的富勒烯(fullerene)[4]，到一维的碳纳米管 (carbon nanotube)[5]，再到二维的石墨烯(graphene)[6]，这些高性能碳纳米材料每一次的出现，均引起了人们极大的兴趣。尤其是石墨烯，综合性能非常优异，自 2004 年被发现起就成为纳米科技领域冉冉升起的新星[7,8]。

石墨烯作为一种光热转化纳米材料，具有优越的电导和热传导性能以及大表比面积，对近红外光的吸收可达～48%，光热转化性能高达65(±5)%，是相比较于金、钯等金属纳米结构以及fept和cus等纳米颗粒更为优越的光热剂[9,10]。其特有的大表比面积以及表面易被功能化的性能，使其作为纳米填充相更易与聚合物基体复合，从而形成更为优越的光热纳米复合材料[11,12]。因此，石墨烯/聚合物基纳米复合材料作为光热转换材料的研究引起了研究者的极大兴趣，并且石墨烯/聚合物基纳米复合材料在传感/驱动器、光催化、微流体开关、光热治疗以及药物输送等远程以及无线智能调控驱动方面具有广阔的应用前景。迄今为止，石墨烯已经被成功地引入一系列的聚合物基体中，如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯( pu)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚苯乙烯( ps)、尼龙( pa)等，从而制备大量的高性能石墨烯/聚合物纳米复合材料[13]。

然而现有的研究结果表明[14-15]：与其他的纳米复合材料一样，在石墨烯-聚合物基纳米复合材料的界面层，由于范德华力、疏水相互作用以及p-p相互作用产生的界面弱粘附效应，导致界面层产生大界面热阻（～30mw/m²k），使得复合材料的热传导性能（~5w/mk）远远小于石墨烯的热导率（～5000w/mk），在一定程度上阻碍了石墨烯与聚合物基体间的热量传递，是影响复合材料光热转化性能提升的关键因素。对于纳米复合材料而言，改善界面相互作用进而提升复合材料性能仍然是目前材料、物理、力学等学科领域中具有挑战性的研究课题之一。而我们研究的课题就是研究界面热阻效应对石墨烯/聚合物基纳米复合材料光热效应的影响，我们希望通过对这个课题研究明晰界面热阻效应对石墨烯/聚合物基纳米复合材料热力学性能的影响，从而揭示石墨烯光-热转换机制，为实现智能远程无线调控工业化应用以及仿生技术在生物医药临床应用提供理论基础。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究内容及目标

针对石墨烯/聚合物基纳米复合材料的光热转化性能，通过修正的maxwell-garnett有效介质理论得到界面热阻与复合材料热传导系数的影响关系，以及复合材料的等效介电常数和电导率，结合电磁波理论和热传导理论构建光热转化理论分析模型，获得复合材料在近红外光作用下光能-热能间的转化关系以及热传导方程，分析复合材料在近红外光作用下的热力学响应，探讨界面热阻效应对其光热转化的影响，揭示其光热转化机制。

2.2 拟采取的技术方案及措施

3. 研究计划与安排

（1）第1-2周查阅国内外文献并翻译英文文献，了解石墨烯/聚合物基纳米复合材料光热转化方面的研究现状以及界面热阻效应，完成开题报告；

（2）第3-4周学习与研究内容相关的理论知识，开始进行理论分析；

（3）第5-8周完成理论建模并初步展开数值分析相关工作；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]khan m. f. shahil and alexander a. balandin,graphene#8722;multilayer graphene nanocomposites as highly efficient thermalinterface materials[j], nano lett. 2012, 12:861#8722;867.

[2]dongyu cai and mo song, recent advance infunctionalized graphene/polymer nanocomposites[j], j. mater. chem., 2010, 20:7906-7915.