导热

现代电子器件和系统迫切需要具有有效电磁干扰( EMI )屏蔽和散热的绝缘材料，但似乎在不牺牲电绝缘性能的前提下，EMI屏蔽是无法补偿的。本研究提出了逐层旋涂工艺制备有序交替结构的多层膜( MXene /聚二甲基硅氧烷/氮化硼，MXene / PDMS / BN )，并系统考察了多层膜的EMI屏蔽效能( EMI SE )、热导率，以及电绝缘性能。在平面内构建了MXene / PDMS层的导电网络，导致多层膜的有效EMI屏蔽。而且，BN / PDMS层可以通过平面绝缘导电通路，为多层膜提供有效的散热。多层膜的EMI SE与层数呈正相关，但层数的增加会恶化热导率和电绝缘性能。11层结构的多层膜在10.9   GHz处的EMI SE可达35.2   dB  ，热导率为0.65   W / m · K，体积电阻率为2.9   ×  1012  Ω   cm，击穿强度为3.29  KV / mm。本研究可为多功能复合材料的开发提供新的思路，可设想为一种先进的电子包装材料。

传统的克服聚合物复合材料低热导率( TCs )挑战的方法从构建连续的填料网络到最小化界面电阻。然而，聚合物复合材料的TCs改善仍然有限。一个关键的原因是，由于传统方法形成的填充网络不致密，填充间隙中的聚合物会造成很高的热损失，并对声子产生热阻。本文采用一种新的强制压缩方法，将试样的厚度压缩到小于其临界厚度的受限空间，构建了一个鲁棒的网络来显著提高聚合物复合材料的TCs。在聚二甲基硅氧烷( PDMS )中加入0 ~ 54   wt %的氮化铝( AlN )制备复合材料。AlN / PDMS复合材料TCs的增强包括几个方面的考虑：高压缩比和填料含量均导致填料网络中填料之间的空隙较小，TC的提高明显较高，尤其是在填料含量较低时，这同时保证了聚合物复合材料的力学性能。由于间隙切割行为，在AlN质量分数为54   wt %时，TC提高到2.667   W / ( m K )，明显高于文献结果。然后将AlN / PDMS样品作为热扩散器来降低热源温度。温度比纯PDMS薄片下降了14.42℃。这种新型的压缩工艺为制备高TCs的轻质聚合物复合材料提供了一种简便的方法。

本工作通过三维杂化氮化硼@银纳米线( BN @ AgNWs )填料热网络制备了高热导率的聚二甲基硅氧烷( PDMS )基复合材料，并对其热导率进行了研究。采用原位生长法制备了新型导热BN @ AgNWs杂化填料。不同浓度的银离子被还原，AgNWs结晶生长在BN片层表面。通过添加BN @ AgNWs杂化填料制备了PDMS基复合材料。采用SEM、XPS和XRD对BN @ AgNWs杂化填料的结构和形貌进行了表征。研究了不同银浓度PDMS基复合材料的导热性能。结果表明，填充20 vol % BN @ 15AgNWs杂化填料的PDMS基复合材料的热导率为0.914 W / ( m·K )，是纯PDMS的5.05倍，比填充BN的20 vol % PDMS基复合材料的热导率提高了23 %。基于混合填料结构提供了强化导热机理。本工作为热管理材料用高导热混合填料的设计和制备提供了新的途径。

本工作通过三维杂化氮化硼@银纳米线( BN @ AgNWs )填料热网络制备了高热导率的聚二甲基硅氧烷( PDMS )基复合材料，并对其热导率进行了研究。采用原位生长法制备了新型导热BN @ AgNWs杂化填料。不同浓度的银离子被还原，AgNWs结晶生长在BN片层表面。通过添加BN @ AgNWs杂化填料制备了PDMS基复合材料。采用SEM、XPS和XRD对BN @ AgNWs杂化填料的结构和形貌进行了表征。研究了不同银浓度PDMS基复合材料的导热性能。结果表明，填充20 vol % BN @ 15AgNWs杂化填料的PDMS基复合材料的热导率为0.914 W / ( m·K )，是纯PDMS的5.05倍，比填充BN的20 vol % PDMS基复合材料的热导率提高了23 %。基于混合填料结构提供了强化导热机理。本工作为热管理材料用高导热混合填料的设计和制备提供了新的途径。

本研究证明了通过vat印刷硅丙基纳米复合材料形成具有增强热导率( k )的三维结构的可能性。聚二甲基硅氧烷( PDSM )代表了从电子到微流控的几个应用中常用的硅基聚合物。遗憾的是，聚合物的k值较低，因此需要形成复合材料以提高其热导率。有几种填料可以达到这个结果。本研究采用氮化硼( BN )纳米颗粒来提高PDMS类光固化基体的热导率。采用数字光处理( DLP )系统形成复杂结构。首先考察了配方的黏度，并进行光流变和衰减全反射傅里叶变换红外光谱( ATR- FTIR )分析，以检验适合DLP印刷的体系反应活性。通过动态机械热分析( DMTA )和拉伸试验对印刷样品进行了力学和热分析，揭示了BN纳米颗粒的积极作用。通过扫描电子显微镜( SEM )对材料的形貌进行了表征，最后通过热分析证明材料的热导率得到了提高，保持了制作3D打印配方的可能性。

本研究证明了通过vat印刷硅丙基纳米复合材料形成具有增强热导率( k )的三维结构的可能性。聚二甲基硅氧烷( PDSM )代表了从电子到微流控的几个应用中常用的硅基聚合物。遗憾的是，聚合物的k值较低，因此需要形成复合材料以提高其热导率。有几种填料可以达到这个结果。本研究采用氮化硼( BN )纳米颗粒来提高PDMS类光固化基体的热导率。采用数字光处理( DLP )系统形成复杂结构。首先考察了配方的黏度，并进行光流变和衰减全反射傅里叶变换红外光谱( ATR- FTIR )分析，以检验适合DLP印刷的体系反应活性。通过动态机械热分析( DMTA )和拉伸试验对印刷样品进行了力学和热分析，揭示了BN纳米颗粒的积极作用。通过扫描电子显微镜( SEM )对材料的形貌进行了表征，最后通过热分析证明材料的热导率得到了提高，保持了制作3D打印配方的可能性。

在聚合物复合材料中引入三维( 3D )导电网络是获得可取的电磁干扰( EMI )屏蔽能力以满足下一代移动电子器件要求的一种极具潜力的途径。然而，要实现三维导电骨架微结构的合理设计，简单而规模化的生产仍然具有挑战性。在此，我们报道了一种简单的发泡方法来构建气泡模板的三维石墨烯网络，使得聚二甲基硅氧烷( PDMS )橡胶复合材料在厚度为2   mm时具有~ 86   dB的优异的EMI屏蔽效能。优越的EMI屏蔽性能归功于丰富的封闭孔隙结构，能够反射和吸收电磁波和高电导率的互连三维石墨烯网络。同时，由于填料负载量仅为18.1   wt %，所得复合材料的密度仅为1.1   g / cm3，比EMI SE值相近的商用产品低约200 %。此外，该复合材料还具有高达3   W / ( m · K )以上的热导率，有望在航空航天、通信和移动电子设备中应用EMI屏蔽和高效的热管理。

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。

各种填料的组合可以提高聚合物复合材料的热导率，因为在基体中协同形成了一个高效的热传导网络。本工作考察了碳纤维和氧化铝颗粒两种填料在聚二甲基硅氧烷( PDMS )中的协同作用。一种填料组合的结果比任何一种单一填料都具有更高的导热复合材料。体积比为4：1时热导率最大。填充24 vol %碳纤维和6 vol %氧化铝的PDMS复合材料的热导率达到7.91 W m–1K–1，比填充30 vol % CF / PDMS的热导率提高了34 %，由于黏度较低，复合填料复合材料也表现出较好的工艺性能。这种协同作用归因于优化的换热网络和降低的界面热阻。因此，一种组合填料以性价比较高的源材料获得了较好的导热性能和较好的工艺性能。