界面导热

石墨烯和硼苯是极具吸引力的二维材料，具有优异的物理性能。以聚二甲基硅氧烷( PDMS )聚合物为基体，石墨烯和硼苯为纳米填料，采用原子连续多尺度模型相结合的方法研究了聚合物纳米复合材料的有效热导率。PDMS是一种用途广泛的聚合物，由于其化学惰性、柔韧性和广泛的性质，可以在合成过程中进行调节。我们首先进行了经典的分子动力学( MD )模拟，计算了石墨烯与PDMS界面处以及硼与PDMS界面处的热导率。得到的结果证实，纳米片与聚合物之间的界面热导率从单层增加到多层纳米片，最终在石墨烯的情况下收敛到30 MWm–2 K–1左右，而在硼氢化物的情况下收敛到33 MWm–2 K–1。我们探索了纳米填料种类、体积含量、几何长径比和厚度对纳米复合材料有效热导率的影响。作为一个非常有趣的发现，与石墨烯相比，尽管硼纳米片的热导率比石墨烯低近两个数量级，但其有效热导率却能得到非常接近的增强，特别是在低体积含量、小长径比和厚度的情况下。我们认为，对于聚合物基纳米复合材料，可以通过改善填料与聚合物之间的键合，或者通过提高界面处的热导率来显著提高其热导率。考虑到硼苯的高导电性，我们的研究结果表明硼苯纳米片可以同时提高聚合物的热导率和导电性。