本文關(guān)鍵詞：氧化石墨烯類(lèi)材料增強(qiáng)聚合物基納米復(fù)合材料的制備與研究　出處：《南京理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來(lái),隨著便攜式和可穿戴電子設(shè)備向小型輕薄多功能化方向的迅速發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了集成電路的高功率密度化,為保證電子元器件長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行,對(duì)電路熱量的有效管理成為關(guān)鍵。石墨烯材料具有優(yōu)異的熱、力學(xué)等性能,被廣泛用于提高電子封裝用聚合物復(fù)合材料的熱性能,但復(fù)合材料的熱性能仍然與人們基于石墨烯材料優(yōu)異性能所產(chǎn)生的預(yù)期相距較遠(yuǎn),因此復(fù)合材料的熱性能仍具有很大的提升空間。本論文以氧化石墨烯類(lèi)材料(Graphene oxide,GO)為導(dǎo)熱填料,以環(huán)氧樹(shù)脂為基體,研究了 GO類(lèi)材料對(duì)聚合物基體固化反應(yīng)的影響,提出了進(jìn)一步提高GO/聚合物基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法,分析了GO類(lèi)材料在提高聚合物基體導(dǎo)熱性能的同時(shí)又增強(qiáng)熱穩(wěn)定性能的機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)采用原位固化法制備了系列(0.5,1,2,2.2,2.5,3wt%)多層氧化石墨烯(Multi-layer graphene oxide,MGO)/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料,結(jié)果表明2wt%MGO復(fù)合材料的熱導(dǎo)率最大,為純環(huán)氧樹(shù)脂的2.03倍�；趯�(shí)時(shí)活化能研究發(fā)現(xiàn)了 2wt%MGO導(dǎo)熱鏈?zhǔn)构袒笃谀軌炯眲≡黾?但同時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的固化程度也在增加,然而這種固化程度的差異在經(jīng)過(guò)老化或熱退火之后會(huì)消失,這表明大量來(lái)自2wt%MGO導(dǎo)熱鏈的-OH,為孤立的/被困的剩余環(huán)氧分子突破能壘進(jìn)行環(huán)氧分子-MGO反應(yīng)提供了關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。針對(duì)MGO特殊的層狀結(jié)構(gòu),提出了一種改進(jìn)的縮核模型用于解釋在環(huán)氧分子-MGO插層反應(yīng)過(guò)程中阻力的變化。研究結(jié)果表明,通過(guò)促進(jìn)插層交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生有利于進(jìn)一步提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率,但是反應(yīng)阻力逐漸變大。根據(jù)動(dòng)力學(xué)研究,提出了一種針對(duì)固化反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化方法用于促進(jìn)插層交聯(lián)反應(yīng),研究結(jié)果表明僅通過(guò)將后處理溫度提高30℃就能夠進(jìn)一步提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率,為純環(huán)氧樹(shù)脂的2.96倍。(2)采用原位固化法制備了系列氧化石墨烯納米片(Graphene oxide nanoplatelet,GONP)/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料,研究了兩種GONP(r-GONP和f-GONP,片徑相近)的形貌特征、表面官能團(tuán)含量、在基體中的分散/剝離狀態(tài)、界面結(jié)合強(qiáng)度等對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能、Tg以及尺寸/結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明:r-GONP(厚34nm)表面較平滑,呈相對(duì)剛性片狀,而f-GONP(厚7nm)表面折皺起伏,呈柔性薄紗狀;在不同含量下r-/f-GONPs在基體中都能夠被進(jìn)一步剝離和均勻分散(除了3wt%f-GONP出現(xiàn)重新堆疊)。相同含量下復(fù)合材料的熱導(dǎo)率遵循如下規(guī)律:r-GONP/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料f-GONP/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料環(huán)氧樹(shù)脂;Tg遵循如下規(guī)律:r-GONP/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料環(huán)氧樹(shù)脂f-GONP/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。通過(guò)納米壓痕法證明了 r-GONP與環(huán)氧樹(shù)脂之間具有更強(qiáng)的界面結(jié)合作用;熱膨脹系數(shù)測(cè)定和熱重分析結(jié)果表明了 r-GONP/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性更高。因此,層數(shù)較多的r-GONP使環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料獲得了更優(yōu)異的熱性能。
[Abstract]:In recent years, with the rapid development of portable and wearable electronic devices towards small size functions to further promote the high power density of integrated circuits, electronic components to ensure the long time reliable operation, effective management of the heat circuit has become a key. The graphene material has excellent thermal and mechanical properties, is widely used in to improve the thermal properties of polymer composites for electronic packaging, but the thermal properties of composite materials with excellent properties of graphene are still based on material produced by the expected far, therefore the thermal properties of composite materials has greatly improved space. In this paper, graphene oxide materials (Graphene oxide, GO) as thermal conductive filler and with epoxy resin as matrix material, the effect of GO on the curing reaction of the polymer matrix, put forward to further improve the GO/ polymer composites by thermal performance Methods analyze GO materials to improve the thermal properties of polymer matrix and reinforcing mechanism of thermal stability. The main research contents and conclusions are as follows: (1) prepared by in situ solidification method (0.5,1,2,2.2,2.5,3wt%) multilayer graphene oxide (Multi-layer graphene, oxide, MGO) / epoxy resin composites. The results show that the thermal conductivity of 2wt%MGO the composite material was the biggest, is 2.03 times of pure epoxy resin. The study found that the activation energy of real-time 2wt%MGO heat conduction chain stage of curing barrier increased dramatically but also based on the curing degree of epoxy resin composite material is also increased, but the difference in the degree of cure after aging or heat after annealing will disappear, this shows that a large number of from the 2wt%MGO guide -OH for isolated hotlinked, remaining trapped / epoxy molecules break barrier epoxy molecules -MGO reaction provides a key driving force for the MGO special. The layered structure, proposes an improved shrinking core model used to explain the changes in resistance reaction in the epoxy molecule -MGO. The results showed that intercalation crosslinking reaction by promoting the conducive to further improve the thermal conductivity of the composites, but the reaction resistance gradually. According to the research, put forward a the curing reaction process optimization method for promoting the intercalation of cross-linking reaction, the results of the study show that only by postprocessing can improve the temperature of 30 DEG C to further improve the thermal conductivity of the composites, 2.96 times of pure epoxy resin. (2) a series of graphene oxide nanosheets were synthesized by in situ solidification method (Graphene oxide nanoplatelet, GONP) / epoxy resin composite material, two kinds of GONP (r-GONP and f-GONP, with a diameter similar) morphology, SOFGs, dispersion / stripping state in the matrix, circles The thermal conductivity strength of epoxy resin composite material, and the effect of Tg size / structure thermal stability. The results show that r-GONP (34nm thick) surface is smooth, a relatively rigid sheet, and f-GONP (7Nm thick) surface wrinkle downs, a flexible gossamer; r-/f-GONPs in different content can be in the the matrix is further stripped and dispersed (except 3wt%f-GONP re stack) the same content. The thermal conductivity of the composites follow the following rules: r-GONP/ f-GONP/ epoxy resin epoxy resin composite epoxy resin; Tg follow the following rules: r-GONP/ epoxy resin composite epoxy resin f-GONP/ epoxy resin composite materials by nano indentation method that. The combination has a stronger effect between r-GONP and epoxy resin interface; coefficient of determination and thermal analysis results show that the r-GONP/ epoxy resin composite thermal expansion The thermal stability of the material is higher. Therefore, the more layers of r-GONP make the epoxy resin composite better thermal performance.

【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TQ323.5;TB332

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本文編號(hào)：1397770