石墨烯微片-碳納米管-HDPE導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、近年來，微電子封裝技術(shù)和集成技術(shù)的快速發(fā)展，電子元器件的輸出功率越來越大而體積卻越做越小，如果導(dǎo)熱件不能及時(shí)地將多余的熱量傳遞出去，必將影響設(shè)備的使用壽命。高分子材料因其良好的綜合性能，已被廣泛應(yīng)用于航天航空、交通運(yùn)輸、化工等多個(gè)領(lǐng)域。但傳統(tǒng)高分子材料的熱導(dǎo)率較低，這極大地限制了其作為導(dǎo)熱材料在工業(yè)上的應(yīng)用。所以，研制出綜合性能優(yōu)異的導(dǎo)熱高分子材料已經(jīng)成為科研人員的研究熱點(diǎn)。本文以高密度聚乙烯（HDPE）為基體，分別以自制的雜化碳材料、

2、復(fù)配碳材料、雜化碳材料/碳化硅為導(dǎo)熱填料，制備導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料。主要概括為以下內(nèi)容:
　　首先，采用化學(xué)方法對(duì)石墨烯微片和碳納米管進(jìn)行表面改性，再通過硅烷偶聯(lián)劑使石墨烯微片和碳納米管接枝在一起。利用傅立葉紅外光譜、X射線光電子能譜、熱失重分析、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對(duì)石墨烯微片-碳納米管雜化材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明硅烷偶聯(lián)劑以酰胺基和酯基分別連接著碳納米管和石墨烯微片，這說明了碳納米管成功地接枝到石墨烯微片

3、上。
　　分別將石墨烯微片-碳納米管雜化填料和石墨烯微片/碳納米管復(fù)配填料添加到HDPE中，研究雜化體系和復(fù)配體系對(duì)復(fù)合材料綜合性能的影響。結(jié)果表明雜化填料在基體中的分散性良好，復(fù)配填料粒子團(tuán)聚嚴(yán)重，極大地降低了復(fù)合材料的加工流動(dòng)性。復(fù)配填料體系熱導(dǎo)率高于雜化填料體系熱導(dǎo)率，但體積電阻率卻出現(xiàn)相反的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)復(fù)配填料中石墨烯微片和碳納米管的質(zhì)量比為2∶1時(shí)，添加20wt％復(fù)配填料可獲得最高的熱導(dǎo)率，1.04Wm-1k-1,而相同

4、填充量下，添加雜化填料的復(fù)合材料熱導(dǎo)率都低于1Wm-1k-1。填料含量為5wt％，復(fù)配填料體系的體積電阻率大幅度下降，而雜化填料體系的體積電阻率保持在1015Ω·cm以上，電絕緣性優(yōu)異。當(dāng)石墨烯微片和碳納米管的接枝比為2∶1時(shí)，雜化填料對(duì)HDPE具有很好的成核作用，提高了復(fù)合材料的結(jié)晶速率和力學(xué)性能。在高填充時(shí)可有效提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，為制備綜合性能優(yōu)異的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料提供了一條新的思路。
　　以石墨烯微片和碳納米管接枝

5、比為2∶1的雜化碳材料、碳化硅為導(dǎo)熱填料，研究三元體系對(duì)HDPE復(fù)合材料綜合性能的影響。結(jié)果表明復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著SiC含量的增加而穩(wěn)定升高，但體積電阻率卻呈下降趨勢(shì)。SiC填充量為50wt％時(shí)，體系熱導(dǎo)率提高了136％，體積電阻率從3.21×108Ω·cm降低到了9.89×106Ω·cm。28.6wt％SiC對(duì)復(fù)合材料有異相成核的作用，提高了結(jié)晶速率，隨著SiC含量進(jìn)一步增加，復(fù)合材料半結(jié)晶時(shí)間延長。填料粒子之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很強(qiáng)，體