發(fā)布時間：2017-09-23 19:17

  本文關(guān)鍵詞：三維石墨烯復(fù)合材料的制備及導(dǎo)熱性能研究

  更多相關(guān)文章： 熱化學(xué)氣相沉積法 三維石墨烯 復(fù)合材料 熱性能

【摘要】：自2004年Geim等首次采用微機械剝離高定向熱解石墨的方法成功制備出穩(wěn)定的單層石墨烯以來,石墨烯因其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能成為材料學(xué)和物理學(xué)鄰域的一個熱門研究課題。其中,三維石墨烯及復(fù)合材料能夠?qū)⑹┕逃械男再|(zhì)和三維結(jié)構(gòu)材料所具有的優(yōu)點結(jié)合在一起,使其具有比二維材料更加出眾的性能和更廣泛的應(yīng)用前景。環(huán)氧樹脂(Epoxy)和聚酰亞胺(Polyimide, PI)等聚合物具有力學(xué)強度高、電絕緣性能好和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點,因而廣泛應(yīng)用于電子封裝領(lǐng)域。但它們的導(dǎo)熱性較差,不能滿足現(xiàn)代高速度、高密度電氣系統(tǒng)的散熱要求。而三維石墨烯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以在基體內(nèi)形成完整的導(dǎo)熱通路,大大降低界面熱阻,因此常將三維石墨烯作為增強材料添加到聚合物中,來改善基體的導(dǎo)熱性能。本文以CH_4作為氣體碳源,通過化學(xué)氣相沉積法,在泡沫鎳和鎳網(wǎng)表面均勻生長出高質(zhì)量的石墨烯,并通過Raman、TEM、XPS和SEM等技術(shù)手段來表征所得石墨烯的質(zhì)量。利用大理石刻蝕液刻蝕掉金屬模板,得到具有完整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的三維石墨烯,然后將其添加到環(huán)氧樹脂和聚酰亞胺中,并用LFA、IR、 TG等對復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能和熱穩(wěn)定性進行表征。研究表明：以泡沫鎳和鎳網(wǎng)作為模板,刻蝕掉金屬后得到的三維石墨烯具有一定的強度,能夠維持金屬模板原來的形貌特征。(1)聚酰亞胺(PI)中加入12 wt%的石墨烯網(wǎng)(Graphene Woven Fabric, GWFs)時,GWFs/PI復(fù)合材料垂直方向的熱導(dǎo)率為0.41 W/mK而水平方向的熱導(dǎo)率高達3.73 W/mK,與純PI相比,水平方向熱導(dǎo)率增加了1418%,但垂直方向僅增加66%,具有明顯的各向異性；(2)將不同層數(shù)的石墨烯泡沫(Graphene Foam, GF)加入環(huán)氧樹脂(Epoxy)中得到的GF/Epoxy復(fù)合材料雖然具有各向同性的特點,但由于泡沫鎳的孔徑較大,因此刻蝕后所得GF在基體中的添量較低,不能為熱量傳遞提供連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為0.43 W/mK,與純Epoxy (0.15 W/mK)相比,僅增加187%；(3)將生長完石墨烯的長條鎳網(wǎng)卷起來形成圓柱狀,填充完環(huán)氧樹脂后切片、刻蝕得到的GWFs/Epoxy復(fù)合材料在水平方向和垂直方向都具有較高的熱導(dǎo)率,平均熱導(dǎo)率為1.31 W/mK(比純環(huán)氧樹脂增加了911%),最大值高達1.67 W/mK,且具有良好的熱穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：熱化學(xué)氣相沉積法 三維石墨烯 復(fù)合材料 熱性能
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB33
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 石墨烯簡介11-23
• 1.1.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)11-12
• 1.1.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性能12-16
• 1.1.3 石墨烯的制備方法16-19
• 1.1.4 石墨烯的應(yīng)用19-23
• 1.2 聚酰亞胺簡介23-26
• 1.2.1 聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)23-24
• 1.2.2 聚酰亞胺的應(yīng)用24-25
• 1.2.3 聚酰亞胺的制備25-26
• 1.3 環(huán)氧樹脂簡介26-27
• 1.3.1 環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)與性能26-27
• 1.3.2 環(huán)氧樹脂的應(yīng)用27
• 1.4 課題背景27-29
• 1.5 選題的意義、內(nèi)容和創(chuàng)新之處29-31
• 1.5.1 選題的意義29
• 1.5.2 主要內(nèi)容29-30
• 1.5.3 創(chuàng)新之處30-31
• 第二章 實驗材料與方法31-39
• 2.1 實驗原理31-32
• 2.2 實驗材料32
• 2.3 實驗設(shè)備32-34
• 2.4 石墨烯及復(fù)合材料的表征方法34-39
• 2.4.1 激光共聚焦拉曼光譜儀(Raman)34
• 2.4.2 光學(xué)顯微鏡(OM)34
• 2.4.3 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)34-35
• 2.4.4 能譜儀(EDS)35
• 2.4.5 X射線光電子能譜儀(XPS)35
• 2.4.6 透射電子顯微鏡(TEM)35-36
• 2.4.7 激光導(dǎo)熱儀(LFA)36-37
• 2.4.8 紅外熱成像儀(IR)37
• 2.4.9 熱重分析儀(TG)37-38
• 2.4.10 寬頻介電譜阻抗譜儀38-39
• 第三章 GWFs/PI復(fù)合材料的制備與表征39-53
• 3.1 引言39
• 3.2 實驗部分39-41
• 3.2.1 GWFs的制備39-40
• 3.2.2 GWFs/PI復(fù)合材料的制備40-41
• 3.3 結(jié)果與討論41-50
• 3.3.1 石墨烯的表征41-47
• 3.3.2 GWFs/PI復(fù)合材料表征表征47-50
• 3.4 本章小結(jié)50-53
• 第四章 GF/Epoxy復(fù)合材料的制備與表征53-61
• 4.1 引言53
• 4.2 實驗部分53-55
• 4.2.1 三維石墨烯泡沫的制備53-54
• 4.2.2 環(huán)氧樹脂的預(yù)處理54-55
• 4.2.3 GF/Epoxy復(fù)合材料的制備55
• 4.3 結(jié)果與討論55-60
• 4.3.1 Raman表征56
• 4.3.2 SEM表征56-58
• 4.3.3 EDS表征58
• 4.3.4 TEM表征58-59
• 4.3.5 LFA表征59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第五章 GWFs/Epoxy復(fù)合材料的制備與表征61-81
• 5.1 引言61
• 5.2 實驗部分61-63
• 5.2.1 CVD法生長不同層數(shù)石墨烯61-62
• 5.2.2 GWFs/Epoxy復(fù)合材料的制備62-63
• 5.3 結(jié)果與討論63-81
• 5.3.1 石墨烯的表征63-68
• 5.3.2 GWFs/Epoxy復(fù)合材料的表征68-81
• 第六章 結(jié)論與展望81-83
• 6.1 結(jié)論81-82
• 6.2 展望82-83
• 致謝83-85
• 參考文獻85-93
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄93

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本文編號：907022