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1、聚合物材料因質(zhì)量輕、價(jià)格低廉而應(yīng)用廣泛,然而熱絕緣性限制了其在微電子領(lǐng)域的應(yīng)用,如何提高聚合物材料導(dǎo)熱性能已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。提高聚合物導(dǎo)熱性能較普遍的方案就是通過(guò)粉末共混法將導(dǎo)熱粒子添加到聚合物基體中,導(dǎo)熱粒子包覆聚合物形成隔離結(jié)構(gòu),這種導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方便聲子傳輸,使其快速散熱。但是,導(dǎo)熱粒子和聚合物基體之間的界面張力大,難以有效結(jié)合,兩相界面缺陷多,不利于提高聚合物熱導(dǎo)率。填料的幾何形態(tài)及其在基體中的分散狀態(tài)對(duì)界面結(jié)構(gòu)有顯著影響,
2、另外混合型導(dǎo)熱粒子間存在協(xié)同效應(yīng),能夠在聚合物基體中形成具有隔離結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱通路,可有效減小界面熱阻。為此本文研究了不同形貌導(dǎo)熱粒子、混雜型導(dǎo)熱粒子、導(dǎo)熱復(fù)合材料制備工藝等對(duì)UHMWPE導(dǎo)熱性能、熱穩(wěn)定性影響。主要內(nèi)容及研究結(jié)果如下:
通過(guò)粉末共混-熱壓法成功制備了具有隔離結(jié)構(gòu)的氮化硼/超高分子量聚乙烯(BN/UHMWPE)、氮化鋁/超高分子量聚乙烯(A1N/UHMWPE)、(氮化硼+碳納米管)/超高分子量聚乙烯((BN+MWC
3、NT)/UHMWPE)三種復(fù)合材料。導(dǎo)熱性能研究顯示,復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨著填料含量增加而增加,當(dāng)填料含量為50wt%時(shí),熱導(dǎo)率(BN+MWCNT)/UHMWPE>BN/UHMWPE>A1N/UHMWPE,其中(BN+MWCNT)/UHMWPE熱導(dǎo)率可達(dá)1.505Wm-1K-1,較單一填料BN/UHMWPE熱導(dǎo)率提高了64%,表明BN、MWCNT二者間協(xié)同效應(yīng)有助于提高UHMWPE導(dǎo)熱性能。掃描電子電鏡(SEM)、光學(xué)顯微鏡(OM)、原子粒
4、顯微鏡(AFM)研究表明BN片與MWCNT糾纏一起,較純BN、A1N復(fù)合材料內(nèi)部導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)更為致密,說(shuō)明不同類型導(dǎo)熱填料構(gòu)成的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)以及其邊界處界面不同,從而影響界面熱阻,進(jìn)而影響復(fù)合材料熱導(dǎo)率。熱失重(TGA)分析表明BN+MWCNT對(duì)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性影響并不明顯,這是由于導(dǎo)熱通路形成使基體內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量可以快速散去。片狀BN與管狀MWCNT之間的協(xié)同作用能夠有效提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。
此外,對(duì)不同溫度、壓力模壓成型工藝
5、所制備的BN/UHMWPE、(BN+MWCNT)/UHMWPE的微觀結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱性能進(jìn)行了研究。OM、SEM研究表明不同工藝影響著填料在基體中分散狀態(tài),其中冷壓-煅燒工藝所制備的復(fù)合材料內(nèi)部導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)最為密集,但是這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在高溫高壓的處理?xiàng)l件下會(huì)被破壞,所以高溫高壓工藝所制備的復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能發(fā)生下降。然而在(BN+MWCNT)/UHMWPE復(fù)合材料中,1D-MWCNT與2D-BN糾纏一起形成了MWCNT-BN導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因
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