石墨烯基高導熱複合材料的製備及其導熱機理研究

《石墨烯基高導熱複合材料的製備及其導熱機理研究》是依託華南理工大學，由裴麗霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯基高導熱複合材料的製備及其導熱機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：裴麗霞
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

石墨烯因具有超強的導熱性能和優異的力學性能而成為製備高導熱複合材料的理想填料。但目前石墨烯基複合材料的導熱機理不明，導熱性能提高缺乏方向。針對石墨烯基複合材料的多層次、多尺度特點，本項目通過分子動力學刻畫石墨烯的結構和界面特性，用耗散動力學模擬石墨烯在基體塑膠中的分散形態，將分子動力學和耗散動力學獲得的微介觀信息映射到有限元的巨觀導熱性能計算中，建立一種可以反映石墨烯基複合材料微觀-介觀-巨觀特性的多尺度導熱模型，實現石墨烯基複合材料導熱性能的準確預測。通過研究導熱機理，提出石墨烯強化傳熱的方向和措施，進而製備出高導熱石墨烯基複合材料。研究工作也將為納米複合材料導熱性能的準確預測提供一種有效的方法，進一步豐富導熱模型的建立理論，具有重要的科學研究價值和實際工業意義。

結題摘要

石墨烯具有導熱性能高、力學性能好的優點成為製備高導熱複合塑膠材料的理想填料。因此從導熱機理出發，研製出高導熱複合塑膠材料是當前研究的熱點和最具挑戰性的課題。 考慮到填料與聚合物基體之間的相互作用，本項目建立了二維共軛導熱模型，研究複合材料的共軛導熱模型的建立方法及求解方式，並且以石墨片-聚乙烯的複合材料為實例，對所建立的模型進行了驗證。根據模型中影響導熱性能的參數，製備出了膨脹石墨片基高導熱複合材料，並以膨脹石墨片-PVDF複合材料為模型研究了導熱機理。結果表明增加填料的徑厚比是提高複合材料導熱性能的重要方法。在此基礎上，通過降低填料的厚度、提高填充量、以及化學表面修飾提高分散能力、添加納米銀來降低界面熱阻等手段來調控模型中的相應參數，製備得到了高導熱的納米複合材料。另外，將複合材料的介觀模型和界面熱阻信息融入到有限元模型中，建立了石墨烯-環氧樹脂複合材料的多尺度導熱模型，研究了石墨烯表面特性、填充量對其分散性和界面相互作用力的影響。結果表明石墨烯在環氧樹脂基材中的分散性取決於石墨烯表面官能團對基材的親和力以及填充量。利用建立的多尺度導熱模型深入研究石墨烯的分散性及界面熱阻對複合材料導熱性能的影響。研究工作為納米複合材料導熱性能的準確預測提供了一種有效方法，進一步豐富導熱模型的理論設計。