摘要: 随着5G时代的来临，电子和光电器件加速发展，电子设备逐渐趋于高度集成化。设备内部消耗的功率越来越大导致器件的安全性、耐用性受到威胁以及大量电磁波辐射干扰电器正常运行、危害人体健康等，这些问题会对设备的使用寿命和人们的生产生活产生影响... 展开 随着5G时代的来临，电子和光电器件加速发展，电子设备逐渐趋于高度集成化。设备内部消耗的功率越来越大导致器件的安全性、耐用性受到威胁以及大量电磁波辐射干扰电器正常运行、危害人体健康等，这些问题会对设备的使用寿命和人们的生产生活产生影响。制备高散热高电磁屏蔽性能的电子封装材料已成为电子、光电器件进一步发展的必经之路。 聚合物在新能源汽车、医疗设备和便携式电子设备等领域的应用越来越广泛，但是其较低的导热系数和较低的电磁屏蔽效能对设备的正常运行极为不利。因此普遍采用添加填料制备复合材料的方法来提高其导热性能和电磁屏蔽性能。国内外制备导热电磁屏蔽聚合物基复合材料存在以下问题:(1)将填料进行简单共混是最直接的制备各向同性导热电磁屏蔽材料的方法，但是要达到满意的效果，势必要填充大量的填料，这样会导致复合材料的黏度骤增，分散困难，并且造成力学性能的下降。通过特定结构的设计可以有效地利用填料的优势，用少量的填料构筑更高效的通路，但填料之间的界面热阻导致热导率尤其是面外热导率的提升不太显著。(2)电磁屏蔽功能的实现往往得益于导电网络的构筑。如何设计结构使得复合材料在保留电磁屏蔽性能的同时保留电绝缘性是个亟待解决的问题。 鉴于上述问题，本文选用膨胀石墨(EG)和氮化硼纳米管(BNNTs)作为填料，重点设计和构建了导热电磁屏蔽网络来提高复合材料的性能。随后将填料骨架在负压下浸入改性环氧树脂(EP)，得到了环氧树脂基复合材料。最后探究了填料的微观结构和化学成分，复合材料的电学性能、电磁屏蔽性能、导热性能以及力学性能。连续、完整的三维导热电磁屏蔽通路以及高度绝缘的BNNTs在层间的生长，使得复合材料表现出良好的导热电磁屏蔽性能以及高度的电绝缘性。 首先，采用高温膨化法制备了蠕虫状的EG。利用模压法冷压成水平方向有序排列的石墨块。微米级别的石墨片相互搭接，构成了蠕虫有序簇在空间的重排。基于这种结构，所制备的EG框架在真空辅助下灌注改性环氧树脂，并在高温下固化，得到不同负载量的复合材料。石墨片的水平取向和微米级的横向范德华力(vdW)结合导致膨胀石墨/环氧树脂(EG/EP)复合材料最高具有29.23 Wm-1K-1的面内热导率。在相同的负载量下(50wt％)，在X波段也具有33.07 dB的最高电磁屏蔽效能。 其次，基于化学气相沉积(CVD)技术，通过在EG层之间原位生长BNNTs，制造了一种类似毛毛虫的混合填料。同样将填料模压，得到的框架真空灌注改性环氧树脂，得到膨胀石墨/氮化硼纳米管杂化结构/环氧树脂(EBNT/EP)复合材料。由于在EG和BNNTs的界面上形成了共价的C-N键，降低了界面热阻，环氧基复合材料的面外热导率可以达到5.18 Wm-1K-1。此外，由于这种三维结构的存在，该复合材料具有33.34 dB的电磁干扰(EMI)屏蔽性能，同时保持电绝缘性。 本工作通过压缩诱导大尺寸石墨片的搭接，构建了膨胀石墨分层结构，使环氧树脂基复合材料具有高面内导热高电磁屏蔽性能。为了进一步提高面外热导率以及实现电绝缘性，在EG层间生长了绝缘高导热的BNNTs，制备了EBNT三维网络。使得该复合材料在面内面外方向都具有高导热系数，该研究为导热电磁屏蔽双功能聚合物基复合材料的结构设计和制备工艺优化提供了新的思路。 收起