有机聚合物材料因其具有优良的加工性能、耐腐蚀、比重小、比强度高、成本低等优点,广泛应用于人类日常生活、生产等诸多领域。然而有机聚合物材料大多是热的不良导体(导热系数一般在0.1-0.5 W/m·K),往往作为绝热材料应用。随着电子科技和半导体工业等领域的高速发展,在其中作为封装材料、基板材料等大量应用的低导热有机聚合物材料已经逐渐成为制约其持续发展的主要瓶颈。迄今,向聚合物基体中添加无机导热填料依旧是提高有机聚合物材料导热能力最常见也是最有效的方法。近年来,具有高导热系数的低维材料,比如纳米石墨片、碳纳米管、SiC晶须、石墨烯、六方氮化硼等已经成为了导热填料的研究热点。大量的研究结果显示,低维填料的各项异性有效地促进了导热链(导热通道)的形成。同时各向异性的填料也导致了最终复合材料的各向异性,填料的低维形貌和常用的聚合物成型工艺往往导致填料高导热面沿复合材料的平行面方向取向,使得复合材料的面内导热提升显著,而对有效散热更重要的面间导热提升则非常小甚至可以忽略不计。因此在本论文研究工作中,我们从填料形貌和加工工艺出发,通过研究影响复合材料导热率的关键因素,试图提高聚合物材料的面间导热。课题研究主要获得以下研究成果:(1)选用了三种不同形貌的h-BN填料:BN纳米片(二维)、BN纤维(一维)和BN微球,通过自然流延的方法制备系列BN/PVA复合材料,研究其导热率之间的差异。研究发现一维的BN纤维和二维的BN纳米片对于提升复合材料的面内导热率都有很好的效果,但是对于提升面间导热率的效果不明显;球型的BN微球对于提升复合材料的面内导热效果明显弱于低维BN,但是对于提升面间导热率明显优于低维导热填料。(2)采用光固化3D打印聚合物成型方法,利用3D打印的逐层固化和高精度的特点,通过改变复合材料打印的角度来影响填料在基体中的取向,从而达到改变复合材料整体导热率取向的目的。我们选用了直径200-300 nm,厚度约50 nm的石墨纳米片作为填料,分别采用了DLP 3D打印机和SLA 3D打印机打印了0-90°的Gt/PAA和Gt/Epoxy复合材料,并测量其面间和面内导热率的变化。结果显示复合材料的导热系数发生了明显的变化,随着打印角度的提高,面间导热系数逐渐提高,面内导热系数相应的逐渐降低。在XRD衍射图中,0°打印和90°打印得到的复合材料,它们的特征峰发生了明显的变化,证实了填料在复合材料中的取向变化。我们的研究结果可以说明采用3D打印技术可以控制材料在某一特定方向上的导热能力,并且在0.6 wt%纳米石墨片填充下,获得了面间导热率为1.077 W/m·K的复合材料。(3)目前报道的材料面内导热系数大多采用in-plane模式,通过一个物理模型计算出来的数值而非直接测量的数值,该模型的准确性和可靠性未见到有文献报道实验验证;我们3D打印的实验结果直观显示该模型计算结果具有一定的准确性,但仍需修正。