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随着电子信息产业的飞速发展,电子元器件的集成度越来越高,体积越来越小,电子元器件的发热严重影响其寿命,散热成为一个亟待解决的问题。而传统的散热方法已达到瓶颈,需要研究新的散热方法。本文从研究新型导热高分子复合材料方面考虑,将高导热填料石墨烯添加到聚二甲基硅氧烷(PDMS)中制备导热高分子复合材料,从实验和理论两方面对石墨烯/PDMS复合材料的导热性能进行研究,具体内容包括以下几个方面:1.阐述了传统导热材料和高分子复合材料的优缺点,以及在工业领域的应用局限性,指出研究导热高分子复合材料的必要性,并阐述了导热高分子复合材料的研究进展,指出目前研究存在的问题,从而引出本文主要的研究工作。2.制备复合材料,把石墨烯作为填料,PDMS硅橡胶作为基体,不加磁场固化得到石墨烯/PDMS各向同性复合材料,在10T超强磁场下固化得到石墨烯/PDMS各向异性复合材料。利用热线法对不同复合材料进行导热系数测量,研究石墨烯的含量对复合材料热导率的影响。同时利用扫描电子显微镜对各向同性和各向异性复合材料的微观结构进行观察,了解PDMS基体中石墨烯的分布和排列情况。3.根据热动力学说,从微观角度分别分析了石墨烯和硅橡胶的导热机理,再根据扫描电镜图观察石墨烯/PDMS各向同性复合材料中各物质的分布,通过分析物质组成结构和微观粒子运动的关系,得出石墨烯/PDMS各向同性复合材料的导热机理。研究石墨烯的热导率、石墨烯的长径比、PDMS基体中石墨烯的分布情况以及石墨烯和PDMS基体间的界面热阻对石墨烯/PDMS各向同性复合材料热导率的影响。根据有效介质理论推导出石墨烯/PDMS各向同性复合材料的导热模型。4.根据固体材料的导热机理研究石墨烯和PDMS的导热机理,由扫描电镜图观察各向异性复合材料中石墨烯的分布,从而得到石墨烯/PDMS各向异性复合材料的导热机理。采用三维有限元方法对石墨烯/PDMS各向异性复合材料的导热行为进行研究。设置系统为稳态热传导方式,同时考虑了石墨烯的热导率、形状和长径比、界面热阻、体积分数以及石墨烯填料在PDMS基体中的分布情况和方向对石墨烯/PDMS各向异性复合材料热导率的影响。在仿真模型中,将PDMS简化为边长为3μm的立方体单元,将石墨烯简化为长轴长1μm,长径比变化范围为0.01~0.05的扁平椭球体。在几何模型中,将扁平椭球体竖直排列在立方体中,通过改变石墨烯的个数,从而改变石墨烯的体积分数。仿真结果发现:随着石墨烯体积分数的增加,平行于磁场方向的各向异性复合材料热导率呈非线性增长,而垂直于磁场方向的各向异性复合材料热导率变化不大。5.通过将不同影响因素下的理论值与实验值做对比,找出实验制备的石墨烯/PDMS各向同性复合材料热导率和石墨烯/PDMS各向异性复合材料热导率的主要影响因素,将确定的特征参数代入导热模型中计算不同石墨烯体积分数下复合材料的热导率,再用实验值验证导热理论模型。通过分析得到如下结论:本文建立的导热模型适用于预测填充型复合材料的热导率,并指出界面热阻和团聚对复合材料热导率有很大的影响。