通过优化激光扫描参数，提高了3D打印石墨烯-聚氨酯复合材料的各向异性，使其更适用于光/电热除冰应用

《ACS Applied Nano Materials》：Enhanced Anisotropy of 3D-Printed Graphene–Polyurethane Composites with Optimized Laser Scan Parameters for Photo/Electrothermal Deicing Applications

石墨烯增强TPU复合材料通过激光参数优化实现热电性能协同提升，热导率各向异性比达11.02，冰融化时间较传统模式减少42%-54%。该技术可应用于航空部件、风力涡轮机叶片等表面防冰场景。

　　

各向异性的热导率在光热防冰/除冰应用中展现出了其实用性。本研究重点优化了用于FDM 3D打印的石墨烯增强型TPU（G-TPU）/传统TPU（N-TPU）复合材料的激光诱导参数。通过精确控制激光功率和扫描模式，LI-G-TPU/N-TPU双层的面内（IP）热导率从3.31 W/(m·K)提高到了5.84 W/(m·K)，而层间（TP）热导率仍保持在约0.50 W/(m·K)。这一优化使得各向异性热导率比从6.49提高到了11.02。同时，各向异性电导率比显著提高了两个数量级，达到7.25 × 10⁹ S/m；面内电阻率从85.31 Ω·m降低到0.53 Ω·m，层间电阻率也从6.29 GΩ·m略微降低到3.84 GΩ·m。分析表明，在多次激光扫描后，复合材料的结构完整性和石墨烯片层的取向得到了保持。此外，石墨烯的退火处理增强了其结晶度，从而协同提升了材料的各向异性热导率和电导率。激光烧蚀还形成了多孔的石墨烯微/纳米结构，使材料的疏水性从71.0°（亲水）提高到了126.9°（强疏水）。由于散射效应，复合材料的光学密度增加了50%以上。这些优化的性能使得该材料在除冰方面表现出色：C2样品在光热（1500 W/m²）和电热（30 V）的协同作用下，120秒内即可将温度提升至70.0°C以上，比仅使用电热或光热方式分别高出16.2°C和41.3°C。在除冰过程中，C2样品在光热与电热联合加热模式下仅用359秒就融化了1克冰块，相比仅使用电热或光热方式分别节省了42%和54%的时间。预计这种经济高效的除冰技术可应用于各种表面，如飞机机翼、风力涡轮叶片、输电线路和桥梁表面。