隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電子集成系統(tǒng)越來越微觀化、高功率化,在電子芯片上,厘米尺寸就有上百億個(gè)晶體管（華為5G芯片含有103億個(gè)晶體管）。芯片中數(shù)目眾多的晶體管工作時(shí)其本征電阻會(huì)產(chǎn)生大量廢熱,導(dǎo)致器件溫度快速上升,影響器件工作效率。傳統(tǒng)的電子封裝材料、熱界面材料、導(dǎo)熱電子基板、間隙填充材料等所使用的聚合物材料極限工作溫度較低,如聚丙烯、聚乙烯、環(huán)氧樹脂等均低于100℃,長(zhǎng)時(shí)間高溫條件下工作會(huì)引起材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,導(dǎo)致其性能下降。為了滿足電子電氣和高端領(lǐng)域發(fā)展的需求,需要制備具有散熱功能的高性能聚合物基電子材料來替代傳統(tǒng)的聚合物基電子材料;目前耐高溫聚合物主要有聚酰亞胺（PI）、聚間苯二甲酰間苯二胺（PMIA）、聚醚醚酮（PEEK）等,這些聚合物具有很高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,即使在高溫環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間使用性能也不會(huì)明顯下降。但由于聚合物特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu),內(nèi)部沒有傳輸熱量的載體,導(dǎo)致大部分聚合物的導(dǎo)熱系數(shù)都很低（<0.3 W/（m·K））,不能將器件內(nèi)部產(chǎn)生的廢熱及時(shí)導(dǎo)出;為了改善高性能聚合物的導(dǎo)熱性能,目前通用的方法是將具有高導(dǎo)熱系數(shù)的填料加入到聚合物基體中來制備高性能聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料;... 

【文章來源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【圖文】：

超拉伸聚乙烯納米纖維取向示意圖[6]

僅對(duì)幾種常見的金屬導(dǎo)熱填料進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。當(dāng)Ag作為導(dǎo)熱填料時(shí)，其形狀、尺寸、添加量都會(huì)對(duì)聚合物基體的導(dǎo)熱性能產(chǎn)生很大的影響。有研究人員將Ag納米粒子用于相變材料領(lǐng)域，制備的相變材料具有良好的導(dǎo)熱效果[13]；Carlberg等[14]通過靜電紡絲法制備了表面多孔的聚酰亞胺納米纖維，隨后將Ag納米顆粒均勻的沉積在聚酰亞胺納米纖維表面；制備的復(fù)合纖維導(dǎo)熱系數(shù)提高至27W/(m·K)，是一種很有前景的熱界面材料，其制備流程如圖1-2所示。此外，還可以將Ag粒子與其他導(dǎo)熱粒子共用來改善聚合物基體的導(dǎo)熱性能[15-16]。圖1-2Ag@PI復(fù)合材料的制備流程[14]Figure1-2TheexperimentalprocessofpreparingofAg@PIcompositesCu由于其良好的導(dǎo)熱性能，在工業(yè)上廣泛用做導(dǎo)熱覆銅板。作為導(dǎo)熱填料，其高導(dǎo)熱特性可以顯著改善聚合物基體的導(dǎo)熱性能。Yu等[17]通過電泳方法在聚苯乙烯(PS)小球外部鍍上一層銅膜，形成Cu@PS核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合粒子，隨后復(fù)合Cu@PS小球在5.6MPa，260℃條件下熱壓60min，制得Cu-p-PS復(fù)合材料，相比于將銅粒子與PS小球直接共混熱壓制備的Cu/PS復(fù)合材料，Cu-p-PS復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)在Cu含量為23vol%時(shí)為26.14W/(m·K)，是Cu/PS復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的145倍。此外，還有學(xué)者將銅納米線加入聚合物基體中，通過調(diào)節(jié)銅納米線在聚合物基體中的排列取向，降低銅納米線與聚合物基體的界面熱阻來提高聚合物基體的導(dǎo)熱性能[18-19]。Al的密度相較于其他金屬材料較小，可用于制造熱交換器、散熱器及導(dǎo)熱膠黏劑。當(dāng)作為導(dǎo)熱填料時(shí)，Al粒子的粒徑、形狀、表面狀態(tài)等都會(huì)對(duì)制備的復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能產(chǎn)生明顯影響。Zhou等[20]分別將微米和納米尺寸表面自鈍化的Al粒子按一定比例加入到聚偏氟乙烯(PVDF)基體中，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)微米和納米

東華大學(xué)聚間苯二甲酰間苯二胺導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備及其性能研究6尺寸的Al填料體積比為20:1時(shí)，制備的PVDF復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到3.258W/(m·K)，而當(dāng)兩種Al粒子填料體積比低于或高于20:1時(shí)，PVDF復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)均出現(xiàn)下降，相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)如圖1-3所示。這說明不同尺寸Al粒子及添加比例對(duì)PVDF復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能有著顯著的影響。Gong等[21]利用硅烷偶聯(lián)劑及聚多巴胺對(duì)Al粒子表面進(jìn)行化學(xué)改性來改善Al粒子與聚合物基體相容性，降低Al粒子與聚合物基體之間的界面熱阻，減少聲子在傳播過程中的散射損耗。研究結(jié)果表明，表面接枝硅烷偶聯(lián)劑并包裹聚多巴胺涂層的Al填料不但可以明顯改善聚合物基體的導(dǎo)熱性能，同時(shí)還可以提升聚合物基體的介電常數(shù)。圖1-3不同尺寸Al填料含量對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能的影響[20]Figure1-3TheeffectofvolumeproportionofdifferentAlsizeonthermalconductivitiesofcomposites1.3.2碳基填料碳基填料具有輕質(zhì)、耐腐蝕、高導(dǎo)熱率等優(yōu)點(diǎn)，近年來成為制備聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料的熱門選擇。目前制備聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料的碳基填料主要有：碳納米管（軸向?qū)嵯禂?shù)6000W/(m·K)）、碳纖維（軸向?qū)嵯禂?shù)700W/(m·K)）、石墨烯（面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)4000W/(m·K)）等，但同金屬填料一樣，碳系填料一般都具有良好的導(dǎo)電性，當(dāng)制備絕緣導(dǎo)熱復(fù)合材料時(shí)，需要碳基填料進(jìn)行表面處理，降低其導(dǎo)電性能，以提升所制備復(fù)合材料的絕緣性能。碳納米管(CNTs)可分為單壁、雙壁和多壁碳納米管。由于CNTs具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)和長(zhǎng)徑比，在聚合物基體中能夠相互接觸形成導(dǎo)熱通路，是理想的導(dǎo)電導(dǎo)熱填料；Yuan等[22]選用膽酸鈉分別改性了聚氨酯（PU）和尼龍12（PA12）顆粒表面，提升了多壁碳管(MWCNTs)與PU和PA12基體的界面親和性；隨后利用熱壓

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]聚酰亞胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料研究進(jìn)展[J]. 王海濤,丁棟梁,劉乾,陳妍慧,張秋禹.  高分子材料科學(xué)與工程. 2019(08)
[2]x-PA6/PA66/球形氧化鋁導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的制備與性能[J]. 甘典松,陳如意,王雄剛,宋克東,黃安民,鄧凱桓.  塑料工業(yè). 2013(11)
[3]聚合物基絕緣導(dǎo)熱復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J]. 李名英,周曦亞,王達(dá),萬杰.  材料導(dǎo)報(bào). 2013(01)
[4]炭黑的表面修飾及其對(duì)炭黑/硅橡膠導(dǎo)熱性能的影響[J]. 王紀(jì)斌,鮑宇彬,李秋影,吳馳飛.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2012(05)
[5]本征型導(dǎo)熱高分子材料[J]. 周文英,張亞婷.  合成樹脂及塑料. 2010(02)

碩士論文
[1]BNNS/CNF導(dǎo)熱取向膜的制備及其在環(huán)氧復(fù)合材料中的應(yīng)用研究[D]. 陳璐.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019



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