氧化石墨烯-苯并噁嗪導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、由于電子信息、通信、航空航天、汽車等技術(shù)領(lǐng)域中元器件的功率密度迅速增大，導(dǎo)致設(shè)備因局部過(guò)熱產(chǎn)生性能、穩(wěn)定性和壽命降低的問(wèn)題日益嚴(yán)重。運(yùn)用高導(dǎo)熱材料將電子設(shè)備中產(chǎn)生的熱量盡可能快速且有效的移除，以維持設(shè)備的操作溫度十分必要。單層石墨烯熱導(dǎo)率理論上高達(dá)～5000W/mK，因其能夠在低填充水平（f≤10vol％）制備高導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。本論文選擇新型酚醛樹脂——苯并噁嗪熱固性樹脂為基體，氧化石墨烯（GO）為導(dǎo)熱填料，設(shè)計(jì)

2、制備具有導(dǎo)熱增強(qiáng)效應(yīng)的聚苯并噁嗪/石墨烯納米復(fù)合材料。從GO羧基催化苯并噁嗪開環(huán)聚合、含硅氧烷苯并噁嗪增強(qiáng)復(fù)合材料界面及GO負(fù)載銀納米粒子異質(zhì)結(jié)協(xié)同增強(qiáng)三個(gè)方面，探索熱固性樹脂導(dǎo)熱增強(qiáng)的新途徑。具體內(nèi)容如下：
　　利用Hummers法制備了氧化石墨烯（GO），通過(guò)原子力顯微鏡（AFM）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、拉曼光譜、透射電鏡（TEM）對(duì)GO的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征；以雙酚A、多聚甲醛、苯胺為原料合成了苯并噁嗪?jiǎn)误w（BA

3、-a）。將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GO與BA-a通過(guò)溶液共混和熱固化工藝制備了聚苯并噁嗪PBA-a/GO復(fù)合材料。通過(guò)FT-IR、差示掃描量熱儀（DSC）和旋轉(zhuǎn)流變儀研究了復(fù)合體系熱固化過(guò)程中化學(xué)結(jié)構(gòu)、反應(yīng)溫度和反應(yīng)熱、粘度和模量的變化，發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯作為弱酸能夠催化BA-a開環(huán)聚合，使得熱固化溫度降低，固化峰展寬。BA-a與GO之間通過(guò)較強(qiáng)的氫鍵相互作用，使復(fù)合體系固化過(guò)程中粘度增大，模量升高，同時(shí)GO在苯并噁嗪樹脂基體中分散均勻，在1wt%填

4、充量即可形成完整的填充網(wǎng)絡(luò)。采用激光導(dǎo)熱儀測(cè)試了不同GO添加量的復(fù)合材料熱導(dǎo)率。當(dāng)添加量從1wt%增大到6wt%，熱導(dǎo)率從0.27W/mK增大到0.47W/mK（增強(qiáng)因子達(dá)176%）。熱失重分析（TGA）表明，隨著GO添加量的增大，起始熱分解溫度提高。
　　采用雙酚A、3-氨丙基三乙氧基硅烷、多聚甲醛為原材料合成了一種含硅氧烷結(jié)構(gòu)的苯并噁嗪（B-TES），通過(guò)核磁波譜（1H NMR）、FT-IR確認(rèn)其結(jié)構(gòu)。將B-TES作為硅烷偶聯(lián)

5、劑引入GO/BA-a復(fù)合體系，通過(guò)FT-IR、差示掃描量熱儀（DSC）和旋轉(zhuǎn)流變儀研究了復(fù)合體系熱固化過(guò)程中化學(xué)結(jié)構(gòu)、反應(yīng)溫度和反應(yīng)熱、粘度和模量的變化。采用激光導(dǎo)熱儀測(cè)試了不同GO/B-TES添加量的復(fù)合材料熱導(dǎo)率。當(dāng)添加量從1wt%增大到6wt%，熱導(dǎo)率從0.29W/mK增大到0.56W/mK（增強(qiáng)因子達(dá)229%）。通過(guò)改進(jìn)的有效介質(zhì)模型（EMA）計(jì)算了PBA-a與GO之間的界面熱阻（Rb），通過(guò)引入B-TES，Rb由150×10-

6、9m2 K/W降低至130×10-9m2 K/W。熱失重分析（TGA）表明，隨著GO/B-TES添加量的增大，起始熱分解溫度和800℃殘?zhí)刻岣摺?br>　　以氧化石墨烯為模板，硼氫化鈉為還原劑，制備GO負(fù)載銀納米粒子的GO-Ag異質(zhì)結(jié)。通過(guò)紫外可見吸收光譜、X射線衍射、透射電鏡（TEM）和掃描電鏡（SEM）對(duì)GO-Ag的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。由透射電鏡表明，負(fù)載Ag納米粒子可減少GO片折疊。將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GO-Ag與BA-a通過(guò)溶液共