【摘要】：隨著電子技術(shù)向著小型化、便攜化和高集成化方向發(fā)展,電子器件在高功率狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)會(huì)在其內(nèi)部迅速產(chǎn)生和積累大量的熱量,使得電子器件的穩(wěn)定性和可靠性受到嚴(yán)重影響。高導(dǎo)熱復(fù)合材料作為新一代電子封裝材料,其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能對(duì)于電子器件散熱效率的提高具有重要意義。本文以氮化硼和石墨烯作為導(dǎo)熱材料合成了三種綜合性能優(yōu)異的高導(dǎo)熱復(fù)合材料:通過高溫煅燒方法制備了具有新型核殼結(jié)構(gòu)的SiO_2@BN雜化顆粒,然后填入環(huán)氧樹脂中得到了SiO_2@BN/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。結(jié)果表明,SiO_2納米顆粒作為硬模板搭載薄層BN,有效解決了氮化硼的團(tuán)聚問題并顯著提高了復(fù)合材料的熱機(jī)械性能。此外,薄層BN可以在環(huán)氧樹脂基體中形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),使得復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能顯著增強(qiáng);通過靜電組裝法和氧化還原法制備了h-BN/Ag NPs雜化顆粒,然后填入環(huán)氧樹脂中得到了h-BN/Ag NPs/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。結(jié)果表明,PEI包覆于h-BN表面增強(qiáng)了填料與基體之間的界面作用,使得h-BN均勻分散于環(huán)氧樹脂中。此外,Ag NPs成為連接h-BN片層之間的橋梁,使得h-BN/Ag NPs雜化顆粒在環(huán)氧樹脂中形成了更加完善的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),從而使得復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能大幅提高;通過逐層自組裝法和高壓壓片法制備了RGO-PDA復(fù)合薄膜。結(jié)果表明,DA在自聚合過程中不僅對(duì)GO起到很大程度的還原作用,而且可接枝于RGO片層之間,形成有效導(dǎo)熱路徑,從而顯著提高了RGO-PDA復(fù)合薄膜的面內(nèi)熱導(dǎo)率、面外熱導(dǎo)率以及電導(dǎo)率。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB332
【圖文】：

材料和編織復(fù)合材料。按照基體和增強(qiáng)材料的材質(zhì)進(jìn)行分類可分為同質(zhì)復(fù)合和異質(zhì)復(fù)合材料[10-11]。為了滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)于材料性能的要求，各個(gè)領(lǐng)域?qū)τ诓牧系墓δ苄远冀o相當(dāng)?shù)闹匾�，功能�?fù)合材料也成為了現(xiàn)代技術(shù)的標(biāo)志。因此，按照復(fù)合材料能進(jìn)行分類是目前最為常見的分類方法，主要有機(jī)械功能復(fù)合材料、壓電復(fù)料、導(dǎo)電復(fù)合材料、導(dǎo)熱復(fù)合材料、磁性復(fù)合材料、摩擦功能復(fù)合材料、阻能復(fù)合材料、屏蔽復(fù)合材料、阻燃復(fù)合材料和智能復(fù)合材料等[12]。.2 高導(dǎo)熱復(fù)合材料.2.1 高導(dǎo)熱復(fù)合材料的定義如圖 1.1 所示，隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電子器件的設(shè)計(jì)和生著小型化、多功能化和高集成化發(fā)展，必然會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱量的增加，使得電子電路的工作溫度不斷升高，極大程度的影響了電子器件的穩(wěn)定性和可靠性[13-1

因此經(jīng)常作為導(dǎo)熱增強(qiáng)材料制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料。然而，CVD 或者固相反應(yīng)法制備的片狀 BN 材料通常層數(shù)較多，片層之間的聲子散射強(qiáng)度較高，很大程度上限制了其導(dǎo)熱性能。一般通過機(jī)械、超聲和球磨等方法對(duì)其進(jìn)行剝離得到片層較少、厚度較薄的 BN 納米片（BNNSs），再與其它材料復(fù)合得到具有優(yōu)異綜合性能的高導(dǎo)熱復(fù)合材料[36]。Lin 等[37]將通過球磨剝離法得到的超薄 BNNSs 填入環(huán)氧樹脂基體中制備了具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能的 BNNSs/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，在 5 wt%的低填充量下，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能就提高了2.2倍。Shen等[38]將聚多巴胺（PDA）修飾的 BNNSs 填入聚乙烯醇（PVA）基體中成功制備了 BNNSs/PVA 高導(dǎo)熱復(fù)合薄膜，僅在 10 vol%的填充量下，復(fù)合薄膜的熱導(dǎo)率就達(dá)到 5.4 Wm-1K-1。零維 BN 材料一般指球形氮化硼，不同于一維 BN 材料和二維 BN 材料，它是一類各向同性的特殊 BN 材料。相比于一維 BN 管和二維 BN 片而言，球形 BN 雖然不能非常容易的在基體中構(gòu)建完整的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，但是在如高導(dǎo)熱底部填充膠等特殊應(yīng)用領(lǐng)域中，球形 BN 是一種高導(dǎo)熱、低粘度的理想填料[39-40]。

石墨烯及其復(fù)合材料墨烯是一種由碳原子組成具有二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳納米材料，其中p2雜化軌道組成呈蜂窩狀的六元環(huán)并且由剩余的 p 軌道構(gòu)成大 π 鍵[4完美的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的存在，使得電子可以在其中自由移動(dòng)，具有 5000 Wm-1K-1的超高熱導(dǎo)率和 6000 S cm-1的超高電導(dǎo)率[42-43]的強(qiáng)度和模量分別為1000 GPa和130 GPa，但是它的理論厚度僅為0世界上已知材料中厚度最薄但是強(qiáng)度最大的二維納米材料[44-45]。正完美的二維晶體結(jié)構(gòu)以及無法比擬的非凡性能，從而使得石墨烯在源等領(lǐng)域受到廣泛的研究和應(yīng)用，更是被譽(yù)為 21 世紀(jì)最令人驚奇的眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，石墨烯在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用是最具前景和最具化的方向，因此，近年來石墨烯復(fù)合材料受到了廣泛關(guān)注和研究。表面較強(qiáng)的化學(xué)惰性很大程度的限制了其在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

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