细菌纤维素/氧化铝/二氧化硅改性石墨烯复合导热膜的结构与性能

采用真空辅助抽滤方法制备了细菌纤维素(BC)/球形氧化铝粒子/改性石墨烯纳米片(SiO_2@GNPs)薄膜热界面材料,研究了球形氧化铝粒子粒径对热界面材料形态结构和导热性能的影响。结果表明,球形粒子与二维片状导热粒子复配时,可有效构筑面外方向导热通路。调节氧化铝粒子和改性石墨烯纳米片的直径比可有效调整改性石墨烯纳米片在复合薄膜中在面外方向的取向程度,从而提高复合材料的面外导热系数。随着球形氧化铝的直径从2μm增加到60μm,导热薄膜的面外导热系数从0.5 W/(m·K)提高到4.2 W/(m·K),导热系数提高了7.4倍。     

高定向导热炭材料的研究进展

微电子及通讯技术领域的快速发展对热管理材料提出了更高要求,迫切需要设计和开发高定向导热炭材料。高定向炭材料因其较高的石墨微晶结晶度和石墨化度、有序规整堆叠的石墨烯层片,而具有典型的各向异性高导热特性。粉末状炭材料(如鳞片石墨、气相生长炭纤维、纳米碳管、石墨烯等)的热导率虽然很高,但作为导热填料制备的复合材料的整体导热效果不佳,因此其在大型高功率集成器件散热领域的应用会受到一定限制。控制炭材料内部石墨微晶大小、取向和取向连续性是实现炭材料高定向导热性的关键。通过选择合适的碳质前驱体、成型工艺和热处理条件,调控石墨烯层片连续取向得到的宏观尺寸炭材料(如柔性石墨、天然鳞片石墨模压块、高定向热解石墨、聚酰亚胺石墨膜/块体、中间相沥青基炭纤维连续长丝及其复合材料等),可使石墨晶体沿(002)晶面方向保持高导热特性,实现高定向、连续、多维度可调控热传导,因此在导热、散热、热防护等领域具有广阔的应用市场。     

三维网状石墨烯/环氧树脂热界面复合材料的制备和热性能

三维网状石墨烯/环氧树脂热界面复合材料由于具有良好的热导性能和力学性能,而被广泛应用于微电子器件领域。但是通过化学剥离-还原法制备石墨烯,在填加石墨烯质量分数相同的条件下,石墨烯/环氧树脂热界面复合材料的热导率差别仍然很大。研究发现这主要是由于石墨烯表面官能团含量不同所导致的,因此很难建立统一的标准评估石墨烯作为导热填料的作用效果。为了避免表面官能团对石墨烯/环氧树脂复合物热导率的影响,本研究小组采用化学气相沉积法制备的三维网状石墨烯作为导热填料,对环氧树脂进行修饰,制备了一系列石墨烯/环氧树脂材料。通过研究三维网状石墨烯含量对石墨烯/环氧树脂材料热导率、力学性能及热导率在高温条件下稳定性的影响,有助于完善石墨烯修饰的环氧树脂热界面复合材料的研究,并建立石墨烯作为导热填料的评价体系。     

石墨烯/聚酰亚胺复合膜热导率的分子动力学模拟（英文）

石墨化聚酰亚胺条带可作为连接石墨烯的桥梁,形成大尺度石墨烯复合薄膜。采用opt-Tersoff分子力场和非平衡分子动力学方法,计算研究了石墨烯和石墨烯/聚酰亚胺复合膜热导率的尺寸效应。结果发现,石墨烯的热导率与模型的长度相关,增加聚酰亚胺条带的数目或宽度可提高石墨烯/聚酰亚胺复合膜的导热性能,而增加聚酰亚胺条带的长度作用不大。另外,计算了声子态密度用于解释复合膜结构引起的热导率差异。     

高定向石墨/铜复合材料的制备和热物理性能

为了制备出具有优良热物理性能的石墨/铜复合材料,采用流延法将天然鳞片石墨定向排列在铜箔表面,并使用真空热压法制备具有层状结构的高定向石墨/铜复合材料。使用XRD和SEM等表征方法分析样品的微观形貌和成分,结果表明,在高温的作用下,流延所使用的溶剂充分挥发,热压后石墨仍高定向排列在相邻的两层铜箔之间,并相互搭接;部分熔化的铜在压力作用下渗透到石墨层的孔隙处,铜层之间相互贯穿。这种结构使石墨/铜复合材料具有优良的热物理性能。当石墨体积分数为20vol%~70vol%时,石墨/铜复合材料在高导热平面内热导率高达402~743 W/(m·K),抗弯强度达到126~48 MPa。深入讨论了石墨/铜复合材料的热传导机制,并建立了导热预测模型。      

碳包钴纳米颗粒/聚二甲基硅氧烷复合热界面材料的制备和性能

为了制备具有良好的热导率、热稳定性、导电性和柔顺性的纳米颗粒填充硅树脂复合材料,首先以乙基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体材料,以碳包钴纳米颗粒(C@Co)为填料,采用研磨共混法制备了C@Co/PDMS复合热界面材料。然后,运用TEM、XRD、Raman和SEM分别对C@Co的微观结构、物相、石墨化程度和分散性进行了研究。最后,研究了C@Co含量对复合热界面材料的热导率、热稳定性、导电性和柔顺性的影响。结果表明:该复合热界面材料的热导率随着C@Co含量的增加而增大,当C@Co的含量为24wt%时,复合材料的热导率达到最大值1.64 W/(m·K),比纯PDMS的提高了10.7倍;TG分析表明,添加24wt%的C@Co后,复合材料的起始分解温度和最终分解温度比纯PDMS的分别提高了约70℃和80℃,说明C@Co能提高复合材料的热稳定性;随着C@Co含量的增加,复合热界面材料的电导率非线性增大,拟合试差计算的逾渗阀值为10wt%,即C@Co含量小于10wt%时复合材料的绝缘性良好,而填充24wt%的C@Co时复合材料的电导率为9.38×10-3 S·m-1;复合材料的硬度适中,处于17.6~26.8HA范围内,表明该复合材料的柔顺性较好。因此,24wt%C@Co/PDMS复合材料不仅能满足热界面材料电性能的基本要求,且具有良好的热导率、热稳定性和柔顺性。     

高效热管理用鳞片石墨/铝复合材料的研究进展

鳞片石墨由于其较高的石墨化度、高结晶度和纯度,具有很高的平面热导率而成为制备定向高导热复合材料的重要原料.其与铝基体复合制备的鳞片石墨/铝复合材料具有优异的热综合性能,更是在电子通讯和航空航天领域有更显著的应用优势.介绍了近年来鳞片石墨/铝复合材料的主流制备技术及其导热性能,从碳-铝两相润湿性、界面反应出发,分析了鳞片...     

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.     

流延法制备高热导率定向石墨/高分子复合片层材料(英文)

以天然鳞片石墨为原料,PVB为黏结剂,PEG和DBP混合物为增塑剂,通过流延工艺在室温下制备了定向排列的石墨/聚合物片层复合材料。系统分析了不同黏结剂用量和流延刀口高度下复合片层材料的定向排列状况,并探讨了定向排列程度对其热导率的影响。XRD和SEM的结果表明,石墨/聚合物复合片层材料显示了不同程度的定向排列。热导率测试结果表明,片层复合材料的热导率随着定向排列程度的提高而增大。通过优化黏结剂的用量和流延刀口高度制备了具有较高热导率的片层复合材料,其热导率最高可达490 W/(m.K)。     

石墨表面镀Si对石墨/Al复合材料热物理性能的影响

研究了石墨粒径及表面镀Si处理对石墨/Al复合材料热物理性能的影响。结果表明:在盐浴过程中石墨表面形成了SiC层,这不仅增强了石墨-Si/Al复合材料的界面结合力,而且抑制了Al4C3相的产生。随着石墨鳞片体积分数从50%增加到70%,复合材料X-Y方向的热导率从492 W/(m·K)增加到654 W/(m·K),而且体积分数为50%的镀Si石墨/Al复合材料抗弯强度达到了81 MPa,相比未镀覆的提高了53%,是理想的定向导热电子封装材料。随着石墨粒径从500μm减小到150μm,石墨-Si/Al复合材料X-Y面方向的热导率由654 W/(m·K)降低到445 W/(m·K),但Z方向的热导率和复合材料抗弯强度变化不明显。     

冰模板法制备取向氮化硼@聚多巴胺/纳米银导热网络及其硅橡胶复合导热垫片

制备具有垂直方向高导热、低压缩应力松弛的柔性导热复合材料,并将其应用于大功率电子元器件的导热垫片,对大幅度提升电子器件垂直散热能力具有重要的意义。本文基于冰模板法设计了自下而上垂直定向排列的导热网络来实现高热导率。首先,利用多巴胺改性的羟基化氮化硼纳米片并负载银纳米颗粒(BNNS@PDA/Ag)作为杂化导热填料,再与纤维素纳米纤维(Cellulose nanofiber,CNF)进行复合,采用半导体制冷台为冷源进行定向冷冻,对冷冻后的样品进行冷冻干燥形成气凝胶,再真空浇筑聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)后制得具有高导热和低应力松弛的BNNS@PDA/Ag-PDMS导热垫片。结果表明,理论松弛时间损失随着银纳米颗粒(Ag NPs)含量的提升先减小后增大,气凝胶质量分数达到19.7wt%时,在20%的形变下,3wt%Ag NPs含量对应的导热垫片的理论松弛时间达到32 204 s,导热垫片的垂直方向热导率达到3.23 W/(m·K)。利用冰模板法可以制备具有高度取向的垂直填料导热网络,在导热垫片领域具有很好的应用前景。     

石墨烯取向影响石墨烯/硝酸盐复合材料传热性能的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学（NEMD）方法,以二元硝酸盐Solar salt（NaNO3和KNO3质量比为6∶4）为基体,石墨烯为填料,研究了石墨烯取向对石墨烯/硝酸盐复合材料界面热导的影响。研究发现,随着石墨烯平面与热流方向夹角的减小,体系热流密度升高、温差下降,界面热导从46.36 MW·m^-2·K^-1提升至80.03 MW·m^-2·K^-1。对复合材料中的原子振动态密度和微观结构进行表征,结果发现,随着石墨烯与热流夹角减小,界面处的热流从跨石墨烯平面运输转变为沿石墨烯平面的高效率运输,且加入石墨烯后硝酸盐会形成密度较大的致密层结构。同时,采用有效介质理论拟合了微观尺寸的石墨烯/硝酸盐复合材料热导率,结果表明,石墨烯平行于热流方向时复合材料热导率最高,且增加石墨烯体积分数及长度均有助于复合材料热导率的增强。     

诱导相分离BNNS/PES/EP复合材料制备及其热物性研究

通过液相机械剥离法制备了氮化硼纳米片(BNNS)并通过硅烷偶联剂共价修饰和多巴胺非共价修饰制备了双重改性的氮化硼纳米片(KDBNNS);利用反应诱导相分离,将KDBNNS分布在环氧树脂(EP)和聚醚砜(PES)的界面上构成导热通路,制备了KDBNNS/PES/EP复合材料。采用傅里叶变换红外光谱分析、热失重分析(TGA)和共聚焦扫描显微镜等方法对其进行表征。观测到在三元复合材料内的相分离连续界面上通过分布BNNS构筑了三维导热通路。研究表明当BNNS填料质量分数仅为3%时,复合材料的热导率即可达到0.394 W·m^-1K^-1,相较于纯环氧0.194 W·m^-1K^-1提高了103%。     

无烟煤伴生石墨制备类石墨烯/环氧树脂复合材料及其导热性能研究

作为一种天然矿物,无烟煤伴生石墨在材料领域的应用受限于其本身含有的灰分和结构缺陷。研究了在不使用各类化学方法去除无烟煤伴生石墨中的灰分、不对无烟煤伴生石墨进行高温石墨化处理的前提下,采用低温热处理法制备类石墨烯片,并通过拉曼光谱、透射电子显微镜、光学显微镜等分析手段鉴别不同热温度所制备的类石墨烯片的品质,发现550℃热处理制备的类石墨烯片品质最佳;将550℃热处理制备的类石墨烯片与环氧树脂复合得到类石墨烯/环氧树脂复合材料。研究表明,该复合材料具有良好的导热性能,在类石墨烯片添加量为20%(质量分数)时,复合材料的热导率较纯环氧树脂提高86.2%。     

退火石墨/铝复合材料热物理性能

随着电子器件热流密度的不断增加,热聚集产生的热点问题严重影响电子器件性能和应用,急需开发高效热扩散材料。采用真空热压烧结工艺制备了以6061铝合金为基体材料,退火石墨(Annealed pyrolytic graphite,APG)为导热组元的高导热复合材料。探究了退火石墨表面Ti元素的改性处理对退火石墨/铝复合材料的微观结构、界面结合状况的影响规律,研究讨论了退火石墨/铝层厚比对复合材料整体热、力性能的影响。结果表明,经Ti元素改性处理的退火石墨材料与铝之间形成了干净、紧密结合厚度在400 nm的Al-Ti-C界面。当Al∶APG∶Al的层厚比为1∶3∶1时,复合材料面内方向热扩散系数达901 mm²·s^-1,所承载最大抗弯强度为141 MPa,具有优异的综合性能。     

柔性高导热石墨烯/富勒烯复合薄膜的制备及性能表征

石墨烯作为一种二维晶体,由于其独特的热传递性能超过了石墨体的极限,成为人们关注的散热材料。柔性石墨烯/富勒烯复合薄膜是通过将富勒烯纳米粉末(10000目)与氧化石墨烯水溶性浆料复合,获得氧化石墨烯/富勒烯分散体,经高温碳化-石墨化而制成的。在这种全碳结构中,采用零维的富勒烯作为石墨烯片层之间的桥接构件来增强薄膜的机械强度以及热稳定性。且富勒烯有效的填充了二维石墨烯片层之间的间隙,提高了石墨烯薄膜跨界面的热传输效率。所得到的分层石墨烯/富勒烯复合薄膜具有很高的平面内导热系数最高可达1 008 W/(m·K)以及优异的跨界面热传输性能,z向导热率可达50 W/(m·K),良好的热稳定性能和抗拉强度3.25 MPa,热分解温度比石墨烯薄膜提高50℃。机械性能和热性能的结合有望使这种材料成为下一代商用便携式电子产品的散热装置。     

热处理温度对二维高导热炭/炭复合材料结构及热导率的影响（英文）

以高导热沥青基炭纤维布为增强体,中间相沥青为黏结剂,采用热模压成型及液相浸渍裂解工艺增密,并经高温石墨化处理制备二维高导热炭/炭复合材料。利用X射线衍射仪和透射电子显微镜对经不同温度处理后的沥青基炭纤维及二维高导热炭/炭复合材料的结构和形貌变化进行表征,并考察石墨化处理温度对复合材料热导率的影响。结果表明,随着热处理温度的升高,纤维及复合材料内部石墨微晶尺寸增大、取向度变好,纤维与基体间界面结合紧密、裂纹减少,而基体碳层间裂纹则呈扩大趋势。此外,二维高导热炭/炭复合材料的热导率随热处理温度的升高而线性增加,经3 000℃处理后,材料热导率高达443 W/m·K。     

多层石墨/硅树脂导热复合材料的制备与性能

以硅树脂为基体材料, 多层石墨为导热填料, 采用旋转搅拌球磨法制备了多层石墨/硅树脂导热复合材料, 研究了填料对多层石墨/硅树脂复合材料热导率、 热膨胀系数(CTE)和热稳定性的影响。结果表明, 多层石墨在硅树脂中分散性良好。多层石墨/硅树脂复合材料的热导率随多层石墨填充量的增加而增大, 填充质量分数为45%时, 热导率达到2.26 W·(m·K)^-1, 超过此值之后热导率开始下降。随着填料的增加, 多层石墨/硅树脂复合材料热膨胀系数减小。与纯硅树脂相比, 多层石墨/硅树脂复合材料热稳定性高。相同填充量下多层石墨/硅树脂比SiC/硅树脂、 AlN/硅树脂的热导率高得多, 这说明径厚比大的片状填料更易形成有效接触和导热网链。     

定向导热的石墨烯气凝胶相变复合材料的研究

有机相变材料具有较高的储热性能,但是较低的热导率限制了它的应用领域。鉴于此,本工作采用液氮冷冻法制备了石墨烯气凝胶,通过改变氧化石墨浓度来调整其结构,并用真空浸渍法将气凝胶与石蜡制备成相变复合材料,最后以实验测试与数值模拟相结合的方式研究气凝胶结构对相变复合材料热学性能的影响。结果表明：液氮冷冻法制备的气凝胶具有定向导热骨架,其优异的导热性能大幅提升了相变复合材料的热导率。同时,气凝胶以提升材料中石蜡相变焓的方式提升了材料的储热性能。该发现有望解决导热填料不能同时提升材料的导热性能和储热性能的问题,为热能工程的发展提供帮助。     

石墨烯/聚酰亚胺复合石墨纤维的结构与性能

采用干湿法纺丝工艺制备氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维,然后将复合纤维进行炭化和石墨化处理得到石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维及石墨纤维。对复合碳纤维进行热重分析、Raman、力学性能、传导性能、形貌等测试分析。结果表明,氧化石墨烯添加量为0.3%(质量分数,下同)的复合纤维的耐热性能最佳;氧化石墨烯的加入,使石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维的力学性能和传导性能明显提高,石墨化程度增加。当复合碳纤维2800℃石墨化后,氧化石墨烯含量增加到2.0%时,复合石墨纤维的热导率达到435.57 W·m-1·K-1,结构更加致密。