石墨烯/聚合物复合材料导热性能研究进展

石墨烯是一种新型的二维纳米材料,可以提供声子的二维传播路径,具有非常优异的导热性能,是导热型聚合物复合材料的理想填料。文中总结了石墨烯/聚合物复合材料导热性能的影响因素(石墨烯取向、石墨烯尺寸、温度、聚合物链长度、石墨烯片层厚度、石墨烯分散性和与聚合物的界面强度),重点介绍了3种增强石墨烯/聚合物复合材料导热性能的方式(共价键连接、非共价键连接、多种填料协同共混)。     

石墨烯基纳米复合材料的研究进展

石墨烯是一种具有二维结构的纳米碳材料,具有优异的导电、导热和机械性能。将石墨烯与无机物或聚合物进行复合是近年来的研究热点,对石墨烯基纳米复合材料进行了综述,概述了国内外石墨烯/无机纳米复合材料和石墨烯/聚合物纳米复合材料的导电性、导热性、机械性能和生物相容性等的研究进展。     

具有三维连续网络结构的聚合物基导热复合材料研究进展

热界面材料可以有效地将高温电子器件的热量快速传递到热管理元件,以缓解电子器件过热而导致的元件寿命恶化的问题。近年来,由聚合物和高导热填料制成的聚合物基复合材料因其密度低、导热性能可调而受到广泛关注。不同于传统的填料随机分散的复合材料,在聚合物基体中构建三维连续网络结构可以显著增加填料/填料接触、降低导热渗透阈值和界面热阻,显著改善复合材料的导热性能。首先,简要分析了聚合物基导热复合材料的导热机制。其次,总结了具有连续网络结构的聚合物基导热复合材料的构筑工艺,主要包括基于三维导热填料网络的预构筑、基于聚合物颗粒/粉末的后加工、基于聚合物纤维/织物的后加工、基于聚合物胶乳的铸膜或絮凝等工艺。再次,系统总结了不同类型的导热填料对聚合物复合材料导热性能的影响,主要包括金属填料、陶瓷填料、碳基填料及其混杂填料等。最后,对具有三维连续网络结构的聚合物基导热复合材料的发展前景进行了展望。     

石墨烯填充对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响

为研究同一制备方法下石墨烯质量分数对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响,通过熔融共混法制备了石墨烯/聚酰胺(GE/PA6)、石墨烯/聚丙烯(GE/PP)、石墨烯/高密度聚乙烯(GE/HDPE)3种聚合物复合材料。结果表明,石墨烯能有效提高3种聚合物导热性能,当填充石墨烯质量分数达到10%时,PA6导热系数从0.32 W/(m·K)提升至1.30 W/(m·K);GE/PP导热系数从0.37 W/(m·K)提升至1.15 W/(m·K)、GE/HDPE导热系数从0.62 W/(m·K)提升至1.13 W/(m·K)。对制备的石墨烯聚合物复合材料进行热重分析。将纯聚合物与石墨烯质量分数1%,5%,10%的石墨烯聚合物复合材料对比,PA6的热稳定性逐渐提升,PP、HDPE的热稳定性先降低后升高。     

导热高分子材料研究进展

讨论了提高聚合物导热性能的途径－合成高导热系数的结构聚合物，用高导热无机填料对聚合物进行填充复合。综述了导热高分子材料的研究成果：聚合物导热的基本概念和影响其导热性能的因素及导热系数的预测理论；聚合物基导热复合材料的选材、复合技术及其应用。指出了导热高分子材料的研究方向－－纳米导热填料的研究和开发；聚合物树脂基体的物理化学改性；聚合物基体与导热填料复合新技术的研究和开发；复合材料导热模型的建立、导热机理（特别是聚合物基体与导热填料界面的结构与性能对材料导热性能的影响）及导热通路的形成等；探索高导热本体聚合物材料的制备方法和途径等。对导热高分子材料的研究和开发有重要意义。     

三维石墨烯网络在导热聚合物复合材料中的构建及应用研究进展（英文）

随着电子设备的耗电量和发热量不断增加,这对于热管理材料的散热性能提出了更高的要求。石墨烯已被广泛用作导热填料以提高聚合物的导热性。然而,石墨烯纳米片在聚合物中的分散性差,极大地限制了其在热管理中的实际应用。构建相互连接的三维石墨烯网络是提高聚合物复合材料的导热性的一个有效策略。本综述总结了最近三维石墨烯基导热聚合物复合材料(3D GPCs)的构建和应用方面的研究进展。此外,还总结了提高3D GPCs导热系数的方法。最后,提出了对于当前3D GPCs的挑战和展望。     

石墨和炭纤维分别改性热塑性聚酰亚胺 复合材料的导热行为

采用石墨、 炭纤维填充改善热塑性聚酰亚胺(TPI)材料的导热性能, 研究了填料物性对材料力学性能和导热行为的影响。在此基础上, 用Nielsen理论模型和有限元方法模拟了复合材料的导热行为, 进一步探讨了填料形状对材料导热系数的影响。研究表明: 炭纤维、 石墨填充TPI均能提高复合材料的导热性能; 用Nielsen理论模型预测石墨、 炭纤维填充TPI材料导热系数与实验值存在一定偏差; 采用有限元法模拟二维复合材料稳态导热行为, 能有效地预测复合材料的导热系数。基于材料内部热流分布模拟分析发现, 填料自身导热性能对复合材料导热行为的影响不明显; 与圆形填料相比, 方形填料改善材料导热性能效果显著。      

填充型导热聚合物基复合材料的研究进展

阐述了填充型导热聚合物基复合材料的导热机理、导热模型和测试方法等,重点介绍了聚合物基导热复合材料的研究进展及基体、填料、表面改性对复合材料导热性能的影响,最后展望了聚合物基导热复合材料的发展趋势。     

不同填料复配对尼龙6/石墨烯复合材料导热性能的影响

高分子材料的绝热特性极大地限制了其作为导热材料在工业中的应用。选用多层石墨烯作为导热填料,并分别与导热填料氧化铝(Al_2O_3)和碳化硅(SiC)复配,探究导热填料的复配对尼龙6(PA6)复合材料导热性能的影响。加入质量分数为3%石墨烯时,PA6复合材料的热导率为0.548W·m^-1·K^-1,相比PA6基体提高161%。通过调节石墨烯与Al_2O_3和SiC复配的比例以及复合填料量,PA6复合材料的热导率可控在0.653~4.307W·m^-1·K^-1之间,最高是PA6基体的20倍。为拓展石墨烯在导热材料方面的应用及PA6导热材料在工业上应用提供了有价值的实验依据。     

石墨烯季戊四醇相变复合材料导热性能的分子动力学研究

低导热是限制储能材料实际应用的一大缺点,具有极高导热系数的石墨烯可作为导热填料有效改善储能材料的导热性能。本文通过反向非平衡分子动力学的方法,借助Materials Studio软件,模拟研究了石墨烯(GE)质量分数为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%的石墨烯/季戊四醇(GE/PE)固-固相变复合材料的导热性能和内部相互作用。结果表明:石墨烯的添加可有效提升季戊四醇的导热性能,随着GE质量分数的增加,GE/PE复合相变材料的导热率、界面热导以及相互作用能均逐渐增大,且趋势幅度相一致,材料整体导热系数的增加归因于石墨烯结构的变化。本文可为石墨烯改善季戊四醇导热性的实验研究提供指导。     

贻贝仿生修饰氮化硼/石墨烯微片环氧导热绝缘材料的制备及性能研究

随着电子技术快速的发展,聚合物材料自身较低的热导率已不能满足现代电子器件的散热需求,因此提高聚合物热导率,实现高效率的传热具有重要意义。利用多巴胺优异的包覆性能实现对氮化硼(BN)粉末和石墨烯微片(GNPs)的表面修饰。然后将功能化的BN和GNPs作为导热填料,制备了系列环氧树脂(EP/BN/mBN/m(BN/GNP))导热绝缘复合材料,研究了填料的种类和含量对复合材料导热性能和电绝缘性能的影响。结果表明,经多巴胺改性后的BN和GNPs能比较均匀分散于环氧树脂体系中;当添加30 wt%的m(BN/GNP)(1∶1)填料时,复合材料的热导率达到0.61 W/(m·K),与纯环氧树脂材料相比提高了238.9%,且该复合材料仍保持优异的绝缘性能。     

高导热低填量聚合物基复合材料研究进展

高导热低填量聚合物基复合材料在电子封装和大功率电子设备等领域有着巨大需求。通常高导热聚合物是通过在高分子基体中均匀分散高含量的导热填料来实现的,然而较高填料含量会极大地恶化复合材料力学性能和提升材料经济成本,因此高填量复合材料很难满足当前工业应用上的需求。综述了近年来高导热低填量聚合物基复合材料制备研究进展,简要介绍了导热机制和影响低填量聚合物基复合材料导热性能的主要因素,按照不同填料类型介绍了一些热导率高于1.0 W/（m·K）且填充量低于10vol%的高导热低填量聚合物基复合材料的制备方法和研究进展,展望了高导热低填量聚合物基复合材料的发展方向。     

石墨烯导热材料研究进展

石墨烯作为一种具有超高热导率的二维纳米材料,在导热领域有着广阔的应用前景.本文综述了石墨烯导热材料的研究进展,介绍了石墨烯本征热导率及其层数、缺陷、边缘情况等对热导率的影响,分析了石墨烯纤维的研究现状及存在的问题,讨论了各类石墨烯导热薄膜(纯石墨烯薄膜/石墨烯杂化薄膜/石墨烯聚合物复合薄膜)热导率的影响因素,归纳总结了各类三维石墨烯导热材料(无规分散石墨烯三维复合材料和特定结构石墨烯三维复合材料)的结构、性能与研究现状,最后指出了目前几种导热材料研究存在的问题并展望了石墨烯未来导热领域的发展方向,尤其是在LED照明、智能手机等高功率、高度集成系统中,石墨烯导热材料有着良好的发展前景.     

石墨烯的制备和改性及其与聚合物复合的研究进展

石墨烯是2004年问世的一种具有单层二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料,也是性能优异的新型纳米复合材料填料.介绍了石墨烯的结构、制备方法;重点论述了石墨烯表面接枝以及聚合物基/石墨烯复合材料制备的研究进展,认为利用石墨烯的高强度、高导电率等优异性能可以赋予聚合物更加优异的特性.     

氮化硼填充导热绝缘复合材料的研究进展

近来,通过添加导热填料制备高导热绝缘聚合物基复合材料成为学者们研究的热点。文中综述了以氮化硼(BN)为填料的导热塑料、导热橡胶的研究现状。发现对无机填料进行表面处理,可以提高基体与填料间的相容性,减小两者间的热传导阻力;采用多模式的填料以适当的比例混杂填充聚合物基体,可以使填料间接触面积增大,从而有效提高聚合物基体的热导率。文中还简述了填充型导热复合材料的导热机理和典型理论模型,并提出了提高复合材料导热性的关键所在。     

聚合物基绝缘导热复合材料中碳系填料的研究进展

集成电路产业的高质量发展对其产业链中配套材料的绝缘导热性能提出了更高的要求。具有高导热、低密度、活性表界面等优异特性的碳系材料在聚合物基复合材料中的基础研究,对于高性能绝缘导热材料的性能提升及应用发展至关重要。基于此,本文系统地综述了聚合物基绝缘导热复合材料中碳系填料的研究进展。首先,介绍了聚合物基复合材料的导热机制、绝缘机制及绝缘导热兼容机制。其次,对碳系填料的表面处理和空间结构及分布控制方法进行了综述,研究其绝缘导热性能控制机制。最后,对聚合物基绝缘导热复合材料研究工作中尚未解决的科学问题、技术难点及未来发展方向进行了总结和展望。      

基于Lattice-Boltzmann方法的填充型复合导热材料的导热性能数值分析

陶瓷被广泛用作催化燃烧的催化剂载体。为及时将反应热导出,避免催化剂烧结、失活,需提高陶瓷导热能力。针对通过填充高导热性的金属或无机填料的方法制成的陶瓷复合导热材料,引入二维九速度不可压格子多相Lattice-Boltzmann模型,对构造的5种规则填充形状(圆形、正八边形、正六边形、正四边形和正三角形)的陶瓷基复合材料进行了完整的二维导热过程的数值分析。结果表明,在相同的填料和填充体积分数下,三角形填充的复合材料有效导热系数最大,填充形状愈趋近圆形则有效导热系数越小。同时模拟了各填充形状下,填充材料与基体材料的导热系数之比kp/km对复合材料有效导热系数的影响。研究结果表明,孤立的导热填料对于复合材料导热系数的提高作用是有限的,当kp/km增大到一定程度,有效导热系数不再明显增加。     

氮化硼及其在导热复合材料中的研究进展

目的 从氮化硼的表面改性、取向结构、形态含量以及杂化填料等4个方面介绍氮化硼填充导热复合材料的基础研究进展,为导热聚合物在电子封装领域的应用提供一定的研究思路。方法 通过对近年来国内外的相关文献进行分析和总结,归纳出微/纳氮化硼的产业化制备方法以及产品性能,并介绍微/纳氮化硼填料对聚合物基复合材料导热性能影响的研究情况。结论 氮化硼各方面均具有优异的性能,可用于制备填充型高导热复合材料。     

聚合物/石墨烯智能复合材料及器件研究进展

石墨烯具有高导电性、高导热性以及稳定性,因而被认为是一种良好的驱动材料。而智能材料是指能感知外部刺激且本身可执行的新型功能材料。聚合物/石墨烯智能复合材料兼具石墨烯材料和智能材料的特性,因而被应用到驱动器的设计中。概述了聚合物/石墨烯智能复合材料驱动器的最新进展,并且讨论了在多种驱动条件或刺激下石墨烯所发挥的作用,介绍了不同刺激下聚合物/石墨烯复合材料的制备方法,最后对聚合物/石墨烯智能复合材料及器件作了总结并对其前景作了展望。     

石墨烯表面改性及其在聚合物导电复合材料中的应用研究

石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料,引起了科学家们极大的兴趣。其中石墨烯/聚合物复合材料具有优异的导电性能,广泛应用于电子、电气等领域。石墨烯片层易于团聚,在聚合物基体中分散不均匀,严重影响了石墨烯/聚合物复合材料的导电性能,需要对石墨烯及其衍生物进行表面改性。表面改性能有效地提高石墨烯在聚合物基体中的分散性,改善石墨烯与聚合物基体的相容性。文中介绍了石墨烯的共价改性(亲核取代反应、亲电取代反应、缩聚反应)和非共价改性(表面活性剂吸附、杂化修饰)的方法,以及对石墨烯/聚合物复合材料导电性的影响,总结了2种改性法的优缺点,最后展望了石墨烯改性及其在聚合物导电复合材料应用方面的研究方向。