石墨烯(GP)作为一种二维材料,具有优异的导热性、高机械强度、高导电性等性能,自问世以来受到科研工作者的广泛关注。近年来随着研究的不断深入,种类繁多的石墨烯复合材料被开发研制出来。如石墨烯-纳米流体、石墨烯和聚合物复合材料、金属基石墨烯复合材料等,以石墨烯作为填充相或基础物质,提高复合材料的综合热性能。由于各项物质的界面接触、分散性、团聚等问题,导致研制的复合材料导热性能达不到理想的效果。因此,寻求新方法、新技术、新工艺提高复合材料的导热性能,充分发挥石墨烯的高导热性具有十分重要的意义。本文利用熔融浇注法将石墨烯纸(多层石墨烯)与金属锡相结合,制备金属锡/石墨烯(Sn/GP)复合材料制,并以此复合材料作为基底,制作了静电驱动热开关。本文的主要研究内容如下:利用石墨烯纸面内的高导热性能,制作了形状记忆合金热开关。介绍了热开关的工作原理,组装过程,并进行了数值模拟和实验测试。实验中在不同的加热热流密度下,测量了热开关进、出口温度,得出不同线热流密度与进、出口温差的关系。实验得到的热开关的开关比为44.3±4.2。表明利用石墨烯纸面内高导热性能制作的被动式热开关具有较好的热流调控效果。利用熔融浇注法制备铜箔衬底的Sn/GP高导热复合材料。利用改进的熔融浇筑法,合成了具有高导热性能的Sn/GP复合材料。使用拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)等方法研究了复合材料的形貌、组成和结构,并与原始的石墨烯纸进行了对比,结果表明:铜箔衬底情况下,样品导热系数达到816.9±12.8 W/m·K。样品中的石墨烯结构、成分与原始石墨烯纸没有发生明显的变化,从而揭示了复合材料具有高导热性的合理性。对样品进行的压缩测试表明,复合材料压缩强度达到40.2 GPa,略低于单质金属锡样品。石墨烯纸与铜箔衬底剥离力加热后达到20.4±3.4N/m,比加热前有较大幅度的降低。静电驱动热开关部件选择与制作。将制作的石墨烯高导热复合材料嵌入硅胶中,以Sn/GP复合材料样品为主要导热材料制作静电驱动热开关基底,有利于热量快速传递。在散热器方面,采用两种方式:以PDMS薄膜作为散热器绝缘层,铜箔作为散热器电极;以铜箔同时作为散热器和电极。克服了传统静电驱动热开关基底聚合物导热系数较低的不利因素。通过对不同材料的对比,选取较优的材料作为静电驱动热开关的部件,并组装成完整的热开关。基于高导热石墨烯复合材料的静电驱动热开关性能测试。在不考虑对流换热的情况下,分别计算热开关断开、闭合状态下的散热量,进而得到此情况下热开关的开关比。对于PDMS/Cu散热器,开关比为112.0±18.7;对于铜箔散热器,开关比为90.0±6.0。在计及自然对流和热辐射复合换热的情况下,PDMS/Cu散热器时得到断开状态下最大热流密度为20.2±4.0W/m2,闭合状态下最大热流密度为527.3±49.6W/m2,开关比达到234.9±25.5;铜箔散热器时,热开关的开关比为107.8±39.5。此外,对不同电场强度、不同极板间距对热开关性能的影响做了测试、分析。对热开关的开关比、保温效率与散热器和环境温差关系也做了研究。最后,对测量误差及不确定性做了分析。本文制造的基于石墨烯纸的高性能热开关表现出了优异的热调控性能,有希望在工程机械、电子设备、航空航天等领域的热管理中发挥重要的作用。最后,对下一步工作及努力的方向进行了展望。