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。     

纳米隔热材料导热特性研究

为进一步深入研究气凝胶纳米隔热材料的导热性能,在考虑气凝胶固体纳米颗粒尺寸非均匀分布的基础上,建立了SiO2气凝胶气固耦合导热计算模型。纳米颗粒的导热系数采用格子波尔兹曼法数值模拟。基于建立的结构模型,研究分析了密度、孔隙率及颗粒尺寸非均匀分布等因素对气凝胶气固耦合导热特性的影响。     

碳包覆纳米铜颗粒/硫化硅橡胶导热复合材料的制备及性能

选用实验室自制的碳包覆纳米铜颗粒(Cu@C)为导热填料,以α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷为基体,采用机械共混法制备了碳包覆纳米铜颗粒/室温硫化(Cu@C/RTV)硅橡胶导热复合材料。通过透射电子显微镜、BET法、热导率测试仪、热重分析仪、万能材料试验机及邵氏硬度计等方法和手段,完成Cu@C纳米颗粒填料的微观形貌分析和比表面积测定,并研究了Cu@C填料在低填充量下(30%)(质量分数,下同)对于Cu@C/RTV硅橡胶导复合材料热导率、热稳定性及力学性能的影响。结果表明,Cu@C纳米颗粒为球形、包覆型核壳结构,平均粒径在50 nm左右,其比表面积为69.66 m2/g。Cu@C/RTV硅橡胶导热复合材料的热导率随着Cu@C纳米颗粒填充量的增加而增大;填充量为30%时,复合材料的热导率可达2.41 W/m K;加入Cu@C纳米颗粒填料能够将RTV硅橡胶的热分解起始温度提高到422℃,并延缓其最终分解温度至625℃;随着Cu@C/RTV硅橡胶导热复合材料中Cu@C纳米颗粒填充量的增加,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率呈下降趋势,而100%定伸应力和硬度则呈增大趋势。     

高导热环氧树脂的研究进展

封装是电气工程和电子工业的重要组成部分,封装材料是决定封装成败和产品性能的关键因素之一,聚合物封装材料因可靠性与金属和陶瓷相当,成型工艺简单,且具有明显的价格优势,从而成为目前的主流封装材料.环氧树脂(EP)因收缩率小、耐热性好、密封性好及电绝缘性优良等特点,在电子封装材料领域的使用量达90％以上.近些年,随着电力设备功率密度的不断提升,电子器件的微型化以及向高温、高压、高频领域转变的发展趋势,纯环氧树脂0.2 W?m-1?K-1的低热导率使封装后的微细化超大规模集成电路以及电机运行等产生的热量难于释放,导致器件可靠性降低、寿命变短.发展高导热的环氧树脂封装材料成为必然选择.高导热环氧树脂具体包括本征型导热环氧树脂和填充型导热环氧树脂复合材料.当前,有关本征型导热环氧树脂的研究热点是通过化学合成刚性分子链或者容易结晶的小分子单体以及在分子链上引入液晶结构来提高环氧树脂的结晶度,减少声子散射.对于填充型导热环氧树脂而言,主要通过向环氧基体中添加高导热填料以构建导热通路,进而提高复合材料的热导率.但在低填充含量下往往无法构建有效的导热通路,而提高填充量又将影响材料的加工性与力学性能.与简单的共混相比,用高导热纳米填料构建3D框架可以极大地提高聚合物的热传递性能,但一般需要使用特殊工艺去除模板.本文综述了近些年关于环氧树脂导热性能的研究现状,给出了两种类型导热环氧树脂的制备方法,重点分析了提升其热导率的机制.进一步阐述了高导热填料的尺寸、形状、分布形态对填充型导热环氧树脂热导率的影响.最后,结合环氧树脂导热性能研究中存在的一些问题,展望了其未来的发展方向.     

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。     

PA基导热绝缘复合材料的制备及性能研究

以PA6为基体,鳞片石墨、碳化硅晶须、Al2O3颗粒三元复配填料为导热填料,经双螺杆挤出机熔融共混,模压成型制得导热绝缘复合材料。用扫描电子显微镜(SEM)、导热分析仪、超高电阻微电流测试仪和热重分析仪(TGA)对复合材料的微观形貌、导热性能、绝缘性能和热稳定性能进行了表征。结果表明,导热填料均匀分散在聚合物基体中,形成导热网络。随着三元复配填料用量的增加,复合材料热导率升高,表面电阻率和体积电阻率下降,起始分解温度逐渐上升。填料用量为50%(质量分数)时,复合材料的热导率、体积电阻率、起始分解温度分别为1.407W/(m.K)、1.03×1011Ω.cm、344℃。     

h-BN/SiCw/聚砜导热绝缘复合材料的协同导热效应

以聚砜为基体,具有二维结构的六方片状氮化硼和一维结构的碳化硅晶须二元复配填料为导热填料,使用双辊开炼机在高温熔融共混,模压成型制得导热绝缘复合材料。用扫描电子显微镜、导热分析仪、超高电阻微电流测量仪对复合材料的断面微观形貌、导热性能、电绝缘性能进行了表征。结果表明,不同形状的导热填料均匀分散在聚合物基体中,相互搭接形成导热网络,合适配比的二元复配填料对复合材料热导率的提高具有协同效应。随着二元复配填料用量的增加,复合材料热导率升高,表面电阻率和体积电阻率却有所下降。当h-BN与SiCw质量比为8/2,复配填料质量分数为50%时,h-BN/SiCw/聚砜复合材料的热导率达到2.728 W/(m·K),表面电阻率和体积电阻率为5.21×1013Ω和7.86×1013Ω·cm。     

导热树脂基复合材料

本文研究了树脂基复合材料热导率,提出了环氧树脂中加入填料的新导热模型。该模型基于复合材料理想的水平和垂直导热模型,考虑了影响材料导热的多种因素,并加以修正。新模型推出的导热方程:ln(K_c)=G(f)×ln(K_v)+[1-G(f)]×lnK_h,一旦所有影响材料导热的参数被确定,就能核算材料的导热率,模型计算值与实验数据相一致。      

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2.26W· (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.     

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。     

外加电场制备氮化硼-硅橡胶复合导热材料

利用氮化硼片状颗粒的偶极距对电场有响应的性质,分别在直流电场和工频交流电场下制备了复合导热硅橡胶。分别用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)观测了氮化硼在硅橡胶中的取向情况。实验结果表明:氮化硼颗粒的高导热晶面(002)沿电场取向,取向度随填料含量的增加而降低。当体积分数为0.23时,直流和交流电场作用下制备的硅橡胶导热率较未加电场分别提高62%和152%。由于氮化硼颗粒同时具有形状、导热各向异性,电场辅助固化对提高其导热率具有显著效果。     

高导热电绝缘全氟烷氧基共聚物复合材料的研究

以全氟烷氧基共聚物(PFA)为基材,氮化铝粉末(AlN)、氮化硅晶须(Si3N4)为填料,制备出高热导率、高强度、电绝缘、耐腐蚀的复合材料。从实验结果得到出,当微米级氮化铝粉末质量含量为40%、纳米氮化硅晶须质量含量为2%时,复合材料在满足实际使用的力学性能的同时具有高的导热系数,达到0.9274W/(mK),是纯的全氟烷氧基共聚物4倍。     

复合型散热硅橡胶研究

研究了氧化铝和氮化硼粒子用量对硅橡胶热膨胀系数、热稳定性及热导率的影响.发现加入两种填料均显著降低了橡胶热膨胀系数,提高了热稳定性及热导率;试验测试热导率和理论计算值差距较大,用Agari模型分析了两种填料对硅橡胶热导率差异影响的原因.按照一定比例混合这两种填料所得混合填料填充硅橡胶可获得最大热导率及较佳性能.所制备的复合硅橡胶具有很好的物理性能,是作为散热使用的弹性导热垫片的理想材料.     

氮化硼和纳米金刚石混杂填充聚酰亚胺导热复合材料的制备与表征

以二维六方氮化硼和三维纳米金刚石为导热填料通过原位聚合方式杂化填充到聚酰亚胺(PI)基体中制备导热绝缘复合材料。采用聚芳酰胺和4,4-二氨基二苯醚分别对氮化硼和纳米金刚石进行表面接枝改性,以提高有机-无机两相界面的相容性。通过扫描电子显微镜、导热仪、热重分析等方法对复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明,不同粒径的导热填料混杂填充聚合物,利用协同效应可以提高堆砌密度,降低界面热阻,形成导热网络。当填料总质量分数为30%,改性氮化硼和纳米金刚石的质量比为9∶1时,复合材料的热导率达0.596 W/(m·K),是纯PI的3.5倍,同时复合材料仍具有较好的热稳定性和电绝缘性,满足微电子领域的应用需求。     

SiC-BN填料杂化柔性电绝缘高导热材料EI北大核心CSCD

为满足导热高分子材料应用于可穿戴材料领域,文中以热塑性聚氨酯(TPU)为基体设计出柔性电绝缘导热复合材料,使用零维粒状碳化硅(SiC)与二维片状氮化硼(BN)为导热填料搭接密实的导热通路,研究了这2种不同维度导热填料杂化的最佳配比与填料杂化网络的搭接效果。实验结果发现,2%Si C-18%BN-TPU(体积分数)杂化体系的热导率是纯TPU的5倍,较单一填料20%BN-TPU体系热导率进一步提高。1. 5μm SiC可以在BN片层之间有效形成桥接结构,有利于搭接密实的导热通路。此外,研制的TPU-BN-SiC复合导热材料具有良好的电绝缘性和力学性能,可以用于柔性可穿戴材料基板、封装材料等领域。     

熔盐法合成高导热磷化硼及其热管理性能研究

随着电力电子器件封装密度提高, 开发导热性能优异的热界面材料受到了广泛关注。绝大多数传统导热填料的热导率较低, 因此合成新型高导热填料是提高热界面材料导热性能的重要途径。本研究通过简单的熔盐法合成了高导热的磷化硼(BP)颗粒, 与氮化硼(h-BN)混合并通过搅拌和浇注的方法填充到环氧树脂(EP)基体中制备得到树脂基复合材料(BP-BN/EP)。实验结果表明：采用三盐法(NaCl : KCl : LiCl)合成的BP产率最高达到74%, 相对于单盐法(41%)和双盐法(39%)分别提高了33%和35%。对于BP-BN/EP复合材料, 复合材料的微结构显示BP和BN颗粒均匀分布在环氧树脂基体。当混合填料体积分数为30%时, 该复合材料的热导率达到1.81 W•m^-1•K^-1, 是纯树脂热导率(0.21 W•m^-1•K^-1)的8.6倍, 这与BP颗粒作为桥梁连接相邻BN颗粒形成导热网络有关。除此以外, 相较于不含BP的复合材料(SBN-BN/EP), BP-BN/EP复合材料展现出更加优异的热导率、热稳定性和较好的热力学性能。因此, 熔盐法合成的BP在热管理领域具有较大的应用前景。     

聚酰亚胺辅助制备高定向石墨烯基全炭泡沫及其在导热聚合物复合材料中的应用（英文）

石墨烯及其衍生物具有高纵横比的二维层状结构,在加工过程中通常倾向于水平排列。因此,石墨烯基复合热界面材料虽然具有较高的面内热导率,但其表现出的低面外热导率难以满足实际应用需求。本文通过定向冷冻策略制备了竖直排列的聚酰亚胺/石墨纳米片(PG)导热骨架以提高聚合物复合材料的面外热导率,其中石墨纳米片(GNs)为高导热石墨烯薄膜的粉体边角料。在该过程中,采用水溶性聚酰胺盐溶液直接分散疏水的GNs,热亚胺化后获得的聚酰亚胺在辅助GNs定向排列的同时经石墨化处理转变为人造石墨。同时,GNs的引入提高了PG骨架的有序度和密度,进一步提高了聚二甲基硅氧烷(PDMS)基复合材料的强度和导热性能。结果表明,所制备的PDMS/PG复合材料(PG:21.1%)的面外热导率达14.56 W·m^-1·K^-1,是纯PDMS的81倍。这种简便的聚酰亚胺辅助二维疏水填料定向排列的方法为各向异性热界面材料的规模制备提供了思路,同时实现了石墨烯薄膜边角料的再利用。     

高导热率低膨胀复合型硅橡胶及导热填料研究进展

主要综述了高导热率低膨胀加成型硅橡胶及导热填料的研究进展。首先介绍了常见的导热填料及其基本性能,主要包括金属类、氧化物类、氮化物类、碳化物类等;详细描述了各类填料的性能特点,并指出了填料基本性能对导热系数的影响,主要包括填料的比例、尺寸、尺寸分布、形状及填料的表面性质等。其次详细介绍了提高导热系数的基本途径,主要包括导热机理介绍;基体材料研究;研发新型高性能导热填料;进行导热填料表面改性;对硅橡胶成型工艺进行优化等;然后介绍了降低热膨胀系数的一些基本途径,主要包括无机纳米粒子改性等。最后指出了目前该研究领域存在的一些基本问题及解决思路,并对未来的发展方向进行了展望。     

冰模板法制备纳米纤维素气凝胶及其性能研究

近年来，由于资源、能源和环境问题的不断加剧，低碳环保材料的开发成为研究热点。纳米纤维素气凝胶不仅具有传统气凝胶的优点，还兼具了纤维素来源广、可再生、可降解、良好的生物相容性，在保温隔热领域表现出广阔的应用前景。为了提高纳米纤维素气凝胶的力学性能和保温性能，设计了一种径向具有温度梯度的模具，采用冰模板法制备了一种具有各向异性结构的纳米纤维素气凝胶，并对比分析了冷冻方法对气凝胶结构、密度、孔隙率、收缩率、保温隔热性能的影响。结果表明：采用冰模板法制备的气凝胶在结构、力学性能和保温隔热性能上，均优于冰箱冷冻法和液氮冷冻法制备的气凝胶，是一种实现气凝胶结构调控，改善气凝胶结构与性能的有效方法。     

耐高温二氧化硅气凝胶复合材料制备及其导热研究

以二氧化硅溶胶为前驱体,利用树脂转移模塑成型(Resin transfer molding,RTM)工艺制备了二氧化硅气凝胶复合材料.对制备的气凝胶复合材料进行了结构表征;对气凝胶复合材料的隔热性能和耐高温性能进行了试验考核,结果显示,20 mm厚材料经过900℃、1000 s的石英灯考核后背温为186℃,材料经过1100℃、1000 s的马弗炉试验后线收缩率为1.2％,该气凝胶复合材料具有优良的隔热性能和耐高温性能.研究了温度对气凝胶复合材料导热的影响,结果表明,气凝胶复合材料的导热系数随温度的升高逐渐增大,900℃导热系数为室温的5倍.研究了气体环境对气凝胶复合材料导热的影响,发现氮气环境下气凝胶复合材料的导热系数随温度的变化与空气环境基本相同.