摘要: 以环氧树脂为代表的高分子聚合物在电子设备、电子封装和航空航天领域中有着广泛的用途。随着电子行业的发展，高性能电子元件在工作时会产生大量热量，过量的热量会对系统本身造成伤害。在高功耗系统中使用高导热材料或热界面材料消耗热量，提高散热... 展开 以环氧树脂为代表的高分子聚合物在电子设备、电子封装和航空航天领域中有着广泛的用途。随着电子行业的发展，高性能电子元件在工作时会产生大量热量，过量的热量会对系统本身造成伤害。在高功耗系统中使用高导热材料或热界面材料消耗热量，提高散热性能是有其必要性的。通常来说，虽然环氧树脂具有低密度、易加工和耐腐蚀的优点在工业生产中得到大量应用，但是较低的热导率(0.2 W/mk)限制了其在高性能系统中的进一步发展。为了克服这个问题，在环氧树脂中加入高热导率的填料以提高环氧树脂复合材料的导热性能是一种简单直接而有效的方案。本论文就环氧树脂复合材料的填料制备和导热性能研究展开如下工作: 1.我们使用不同尺寸的石墨烯纳米微片分散在环氧树脂基体中，形成具有高热导率的石墨烯微片/环氧树脂纳米复合材料。在相对较低的填充量(40 wt％)下，所制备的复合材料的热导率达到了3.0W/mK，远远高于纯环氧树脂0.2 W/mK的热导率。这种超高的热导率是通过高度分散的二维结构石墨烯微片之间充分的接触所形成的导热网络而实现的。在加压固化过程中，填料之间的相互接触更为有效，所制备的石墨烯微片/环氧树脂复合材料的缺陷密度更低。值得注意的是，与石墨烯微片/环氧树脂复合材料的电导率不同，我们未发现热导率逾渗阈值存在的证据。石墨烯微片在环氧树脂中的有效分散为树脂基体中理想导热网络的形成提供了良好的基础，为导热聚合物复合材料的大规模生产和商业化提供了潜在可能性。 2.我们成功制备了氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性的石墨烯微片，并以此为填料制备了高导热石墨烯微片/环氧树脂复合材料。与未改性的石墨烯微片相比，改性的石墨烯微片有效的提高了石墨烯和环氧树脂之间的界面相容性。界面相容性的改善可以有效减少界面间的缺陷，促进了大粒径高水平热导率的石墨烯微片在环氧树脂基体中的分散性，同时减少了石墨烯微片和环氧树脂之间的界面热阻，提高了石墨烯微片/环氧树脂复合材料的热传输性能。在30wt％填充量下得到了导热系数为2.88 W/mK的石墨烯微片/环氧树脂复合材料，是纯环氧树脂的热导率的14.4倍。 3.我们将氧化石墨烯成功包裹在表面被APTES修饰过的四针状氧化锌晶须表面。在此基础之上，通过热退火或UV还原的方式，制备了不同还原程度的石墨烯包裹四针状氧化锌晶须。通过将石墨烯包裹的氧化锌和环氧树脂复合，制备了热导率达到5.06 W/mK的环氧树脂复合材料。在四针状氧化锌晶须构建的导热网络的基础上，随着氧化锌表面上的石墨烯的还原程度的提高，还原的石墨烯对整个复合材料的热导率起到了从抑制到提升的作用。由于石墨烯能沿着四针状氧化锌晶须所构建的立体结构形成有效的导热网络，在石墨烯仅有4wt％的负载量的情况下，所制备的复合材料电导率达到了27 S/m。 收起