天文學家尼古拉·卡爾達肖夫提出可以用能量級將文明分成三個量級,Ⅰ型文明使用在它的故鄉(xiāng)行星所有可用的能量,Ⅱ型文明利用它的行星所圍繞的恒星所有的能量,Ⅲ型星系文明能夠利用所有可用的能量在一個單一的星系級別,約為4×1037W。這個分類法經常被科幻作家和預言家用作理論基礎。由此可以推知:在未來很長時間內,隨著科技水平的提高,人類利用和消耗的能量會越來越多,增速也會越來越快。相應產生的廢熱和熱管理的壓力會越來越大。人類目前的卡爾達肖夫指數大約為0.7~0.8,1013W 量級,距離Ⅰ型文明大約差103倍,因此我們有理由相信熱管理學科和熱管理材料會受到越來越多的持續(xù)關注。
熱管理是個多學科交叉的領域,在材料科學內部,熱管理材料也包含導熱材料、絕熱材料、相變材料及熱電材料等制冷材料等。這些材料的強度、模量、電導率等非熱參數也和熱導率、相變熱、熱膨脹等熱參數在高功率電子器件、高能量裝置和高熱流密度航天飛行器等應用領域中有非常重要的影響。因此熱管理材料的研究與開發(fā)是一個系統(tǒng)工程,其復雜性可見一斑。
炭材料具有優(yōu)異的導電性、導熱性、化學穩(wěn)定性以及多樣的形態(tài),在熱管理中有非常廣泛的應用,會以若干不同形態(tài)分別擔任發(fā)熱、散熱和隔熱的材料。因此準確地調控炭材料的結構和形態(tài),在材料制備時追求極致是熱管理炭材料研究的固有特點。
近年來,在學術界和產業(yè)界的共同努力下,對炭纖維、石墨烯和碳納米管等材料的微納米加工技術有了蓬勃的發(fā)展和長足的進步,其中中國學者貢獻卓著。依照目前國內熱管理領域的科研水平,已經實現精準調控炭材料的石墨化程度、取向、維度、形貌和表面性質。炭材料可以在復合材料中構建導熱網絡,用于制備高導熱性能的熱界面材料或相變材料;在機械力、流體力、電場力或者磁場力的作用下,可以控制一維(如炭纖維)或二維(如石墨烯或納米石墨片)炭材料定向排布,實現指定方向上的高效傳熱。這些技術體現了從宏觀方法到微觀結構、再到宏觀性能的控制力,使得炭材料發(fā)揮潛力、有效應用于熱管理成為可能。
為了總結和展示炭材料在熱管理領域的最新成果,助力構建炭材料學術體系和發(fā)展相關產業(yè),《新型炭材料》編輯部,以“熱管理炭”為主題,特組織了本期??⑶业玫搅硕辔粚<覍W者的積極參與和大力支持。謹遵《新型炭材料》的投稿與審稿程序,在眾多稿件中選擇發(fā)表11 篇論文,包括6 篇綜述和5 篇研究論文,涉及導熱復合材料、高導熱均熱材料、新能源材料等諸多領域,涵蓋石墨烯、炭纖維、瀝青的研究,展示該領域的研究導向和關鍵進展,并且突出能源、材料、環(huán)境、機械、化工等領域的交叉融合,以期為學術界和產業(yè)界的讀者提供有價值的參考。值此本??惰髦H,我們衷心感謝審稿專家、作者、《新型炭材料》編輯部以及為專題出版提供支持和幫助的所有人員。