【摘要】：隨著電子器件的小型化和集成度越來越高,散熱已成為影響其使用壽命的關(guān)鍵問題。因此,需要在發(fā)熱元件與散熱器之間加入具有高導(dǎo)熱系數(shù)的熱界面材料(TIMs),以迅速傳導(dǎo)熱量,降低熱點(diǎn)溫度。由于傳統(tǒng)金屬基復(fù)合材料表面粗糙度的影響,電子器件與散熱器之間的接觸面不匹配增加了截面熱阻,所以需要一種高導(dǎo)熱填充劑的聚合物基的TIMs來彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)。石墨烯具有許多優(yōu)異性能引起了人們的廣泛關(guān)注。特別是其高的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)(5300W/m?K)和大比表面積(2630m~2/g),使其成為提高聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)的最合適的填料。本文主要研究了不同方式制備了石墨烯的優(yōu)勢與不足,并利用石墨烯與樹脂硅膠和環(huán)氧樹脂制備導(dǎo)熱復(fù)合材料,制備的導(dǎo)熱復(fù)合材料在相對(duì)低的石墨烯添加量的條件下使復(fù)合后材料的導(dǎo)熱性能提升明顯。在本工作中,我們利用不同的方式制備了不同類型的石墨烯粉體,分別為氧化石墨烯(GO)、還原氧化石墨烯(RGO)、球磨法制備石墨烯納米片(BM-GNPs)、均質(zhì)法制備石墨烯納米片(H-GNPs)。并用SEM、Raman、四探針電阻測試儀等對(duì)其進(jìn)行了表征。并利用RGO、BM-GNPs、H-GNPs石墨烯粉體作為導(dǎo)熱填料分別與硅膠和環(huán)氧樹脂復(fù)合制備成導(dǎo)熱片,并利用激光熱導(dǎo)儀測量了它們的導(dǎo)熱率,SEM觀察其斷面形貌,XRD分析其成分,同時(shí)我們還利用不同的導(dǎo)熱片模擬電子器件在實(shí)際工作中的構(gòu)造制備了簡易的散熱器件。結(jié)果表明利用BM-GNPs復(fù)合而成的硅膠導(dǎo)熱片(GNPs-GS)的導(dǎo)熱系數(shù)在10wt.%添加量的情況下達(dá)到了0.38W/(m·k),與純的硅膠片(Pure-GS)相比,其導(dǎo)熱系數(shù)增加了90%。而利用H-GNPs復(fù)合而成的硅膠導(dǎo)熱片(GNPs-SGS)在5wt.%添加量的情況下其導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到了0.43W/(m·k),與Pure-GS和相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的前驅(qū)體石墨制備的導(dǎo)熱片(GPs-SGS)相比,增加了110%和50%。同時(shí)利用以上兩種導(dǎo)熱片構(gòu)造的簡易散熱器件,其在模擬的實(shí)際應(yīng)用中都發(fā)揮了明顯的效果。然而,在利用RGO作為導(dǎo)熱填料制備的導(dǎo)熱片卻沒有表現(xiàn)出明顯的導(dǎo)熱性能的提升。此外,我們還利用H-GNPs與環(huán)氧樹脂復(fù)合制備了電子封裝TIMs,并且在其固化的過程中加入磁場制備了導(dǎo)熱性能各向異性的導(dǎo)熱復(fù)合材料,通過對(duì)其平行于磁場方向和垂直于磁場方向以及無磁場制備的導(dǎo)熱片的導(dǎo)熱率進(jìn)行表征,其存在有規(guī)律的遞減關(guān)系,具體為:水平方向無磁場添加垂直方向。這表明在磁場的作用下,GNPs的取向發(fā)生了偏轉(zhuǎn),從而使復(fù)合后的導(dǎo)熱材料在各個(gè)方向上的導(dǎo)熱性發(fā)生了變化。這得益于GNPs的反磁特性,我們也通過光學(xué)顯微鏡觀察到了其在溶液中偏轉(zhuǎn)的過程。XRD被用于分析其成分,圖譜中可以清晰的觀測到樹脂基體的衍射峰和石墨烯納米片的特征峰。同時(shí),SEM和AFM照片證實(shí)了所有的石墨烯粉體導(dǎo)熱填料均為單層、少層、和多層的狀態(tài),并且利用SEM觀測到了復(fù)合材料中石墨烯片的分布情況。拉曼光譜顯示出了不同方式制備的石墨烯具有不同的特性,其中均質(zhì)法和球磨法制備的GNPs缺陷較少,而化學(xué)法制備的GO和rGO相對(duì)具有較多的缺陷。
【圖文】：

大學(xué)碩士學(xué)位論文電靈敏特性（透光率 97.3%），在高性能化學(xué)和光電傳感器領(lǐng)域也有極為關(guān)鍵的以上種種工業(yè)應(yīng)用，都具有極大的想象空間，這也是為什么全世界都掀起了石工業(yè)研究的熱潮，如歐洲的旗艦計(jì)劃、韓國的石墨烯國家戰(zhàn)略、新加坡的國家院等。中國的石墨烯研究和開發(fā)雖然在前沿領(lǐng)域的進(jìn)展落后于歐美日同行，但業(yè)化方面卻是最積極、花費(fèi)人力和物力最多的。在材料科研領(lǐng)域，和石墨烯相題數(shù)目是最多的；在工業(yè)領(lǐng)域，中國也誕生了幾十家創(chuàng)業(yè)公司，從事和石墨烯關(guān)的產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)；在金融領(lǐng)域，中國股市上有十幾只石墨烯相關(guān)概念股票在作[15-17]。

圖 1.2 熱界面材料的導(dǎo)熱機(jī)理（a）[25]和幾種常見的熱界面材料,（b）（d）導(dǎo)熱硅脂及其應(yīng)用，（c）（e）導(dǎo)熱膠墊及其應(yīng)用。Fig1.2 The mechanism of thermal conductivity of TIMs (a) [25]and several familiar TIMs, (b)(d)silicone grease and its application, (c)(e) thermal conductive silicone and its application.目前，制備聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料的途徑主要有兩條：一條是合成具有高熱導(dǎo)率結(jié)構(gòu)型的導(dǎo)熱聚合物；另一條是將具有高熱導(dǎo)率的金屬或無機(jī)非金屬作為導(dǎo)熱填料填充到聚合物中。其中，前者的制備技術(shù)和工藝難度較大，后者的制備成本較低，容易成型加工，是經(jīng)常使用的制備方法。因此，人們通常采用第二條途徑用于聚合物基復(fù)合材料的制備。為了制備導(dǎo)熱性能優(yōu)異的熱界面材料，人們通常向聚合物基體中添加導(dǎo)熱填料或者改善導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱性能，從而提高熱界面材料的導(dǎo)熱性能[21]。韓艷春等[22]將 SiO2、Al2O3、Si3N4三種不同的陶瓷顆粒通過機(jī)械混合的方法將其復(fù)合，然后將其填充到環(huán)氧樹脂中，研究填料種類和含量的不同對(duì)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與填料的含量有關(guān)，即隨著填料含量的增加而增加，在填料添加量相同的情況下，含 Al2O3
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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1 于偉;謝華清;陳立飛;周曉鋒;;高導(dǎo)熱含石墨烯納米片尼龍6復(fù)合材料[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2013年09期

2 韓艷春;傅仁利;何洪;沈源;宋秀峰;;復(fù)合陶瓷顆粒/環(huán)氧模塑料的制備與性能[J];電子與封裝;2007年01期

本文編號(hào)：2659045