【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熱系數(shù)的熱界面材料(TIMs),以迅速傳導熱量,降低熱點溫度。由于傳統(tǒng)金屬基復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,所以需要一種高導熱填充劑的聚合物基的TIMs來彌補這些缺點。石墨烯具有許多優(yōu)異性能引起了人們的廣泛關注。特別是其高的面內導熱系數(shù)(5300W/m?K)和大比表面積(2630m~2/g),使其成為提高聚合物基復合材料的導熱系數(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)氧樹脂制備導熱復合材料,制備的導熱復合材料在相對低的石墨烯添加量的條件下使復合后材料的導熱性能提升明顯。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其進行了表征。并利用RGO、BM-GNPs、H-GNPs石墨烯粉體作為導熱填料分別與硅膠和環(huán)氧樹脂復合制備成導熱片,并利用激光熱導儀測量了它們的導熱率,SEM觀察其斷面形貌,XRD分析其成分,同時我們還利用不同的導熱片模擬電子器件在實際工作中的構造制備了簡易的散熱器件。結果表明利用BM-GNPs復合而成的硅膠導熱片(GNPs-GS)的導熱系數(shù)在10wt.%添加量的情況下達到了0.38W/(m·k),與純的硅膠片(Pure-GS)相比,其導熱系數(shù)增加了90%。而利用H-GNPs復合而成的硅膠導熱片(GNPs-SGS)在5wt.%添加量的情況下其導熱系數(shù)達到了0.43W/(m·k),與Pure-GS和相同質量分數(shù)的前驅體石墨制備的導熱片(GPs-SGS)相比,增加了110%和50%。同時利用以上兩種導熱片構造的簡易散熱器件,其在模擬的實際應用中都發(fā)揮了明顯的效果。然而,在利用RGO作為導熱填料制備的導熱片卻沒有表現(xiàn)出明顯的導熱性能的提升。此外,我們還利用H-GNPs與環(huán)氧樹脂復合制備了電子封裝TIMs,并且在其固化的過程中加入磁場制備了導熱性能各向異性的導熱復合材料,通過對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熱片的導熱率進行表征,其存在有規(guī)律的遞減關系,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,從而使復合后的導熱材料在各個方向上的導熱性發(fā)生了變化。這得益于GNPs的反磁特性,我們也通過光學顯微鏡觀察到了其在溶液中偏轉的過程。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,SEM和AFM照片證實了所有的石墨烯粉體導熱填料均為單層、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,其中均質法和球磨法制備的GNPs缺陷較少,而化學法制備的GO和rGO相對具有較多的缺陷。
【圖文】：

大學碩士學位論文電靈敏特性（透光率 97.3%），在高性能化學和光電傳感器領域也有極為關鍵的以上種種工業(yè)應用，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)雖然在前沿領域的進展落后于歐美日同行，但業(yè)化方面卻是最積極、花費人力和物力最多的。在材料科研領域，和石墨烯相題數(shù)目是最多的；在工業(yè)領域，中國也誕生了幾十家創(chuàng)業(yè)公司，從事和石墨烯關的產(chǎn)品開發(fā)活動；在金融領域，中國股市上有十幾只石墨烯相關概念股票在作[15-17]。

圖 1.2 熱界面材料的導熱機理（a）[25]和幾種常見的熱界面材料,（b）（d）導熱硅脂及其應用，（c）（e）導熱膠墊及其應用。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，制備聚合物基導熱復合材料的途徑主要有兩條：一條是合成具有高熱導率結構型的導熱聚合物；另一條是將具有高熱導率的金屬或無機非金屬作為導熱填料填充到聚合物中。其中，前者的制備技術和工藝難度較大，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合材料的制備。為了制備導熱性能優(yōu)異的熱界面材料，人們通常向聚合物基體中添加導熱填料或者改善導熱填料的導熱性能，從而提高熱界面材料的導熱性能[21]。韓艷春等[22]將 SiO2、Al2O3、Si3N4三種不同的陶瓷顆粒通過機械混合的方法將其復合，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環(huán)氧樹脂復合材料熱導率的影響。結果發(fā)現(xiàn)，，復合材料的熱導率與填料的含量有關，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
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 于偉;謝華清;陳立飛;周曉鋒;;高導熱含石墨烯納米片尼龍6復合材料[J];工程熱物理學報;2013年09期

2 韓艷春;傅仁利;何洪;沈源;宋秀峰;;復合陶瓷顆粒/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：2659045