高导热陶瓷/聚合物复合材料的制备

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聚合物材料因其具有良好的可加工性，高安全性，绝缘性，轻质且低成本等特性，已广泛应用于日常生活生产，航空航天，电子军事等诸多领域。随着科技的日益发展，聚合物材料被期予增加更多的特性。其中，为聚合物材料赋予高导热性成为近年来广为研究人员及市场关注的热点之一。由于聚合物材料通常具有很低的热导率（< 0.5 W/mK），如果能提高其导热性，将大大拓宽聚合物材料的应用范围。 本课题以“填充型”复合材料为手段，通过向聚合物基体中添加高导热陶瓷填料来提高聚合物热导率。由于高含量的填料通常会使聚合物失去其良好的可加工性及低成本等本征特性，因此，以常用聚合物为基体，通过不同手段添加高导热陶瓷填料，试图以尽可能少的填料达到复合材料更高的热导率。该研究目标也是同领域研究方向的热点及瓶颈问题。 课题研究主要从以下几方面展开： （1） 高导热h-BN/聚合物复合材料的制备与性能研究。首先，成功对h-BN进行了表面改性，使之与聚合物基体的相容性大幅提高。以改性前后的h-BN为填料，针对不同聚合物的特性，通过不同方法成功制备了一系列h-BN/聚合物复合材料。其中，通过原位聚合法成功制备了兼具高导热与高韧性的h-BN/PMMA复合材料，使得填料为32 wt% 的改性h-BN的复合材料，热导率较纯PMMA提高了10倍以上，断裂伸长率提高了约30倍，就此柔性材料的形成机理做了深入研究，提出机理模型；采用流延成型法制备的h-BN/PVA复合材料具有极好的柔韧性并具有热导率的各向异性，当改性后的h-BN填量仅为1 wt% 时，复合材料在平行于流延方向的热导率已高达1.26 W/mK，当其含量提高到10 wt% 时，复合材料在平行于流延方向的热导率高达3.92 W/mK，较纯PVA提高了39倍，对该样品的形成机理及填料在基体中的织构化进行了表征及讨论；通过粉末热压法制备了一系列同样具有热导率各向异性的h-BN/PI复合材料，并对热锻进行该材料的制备进行了初步实验讨论，给出了热锻实现该复合材料织构化的可能性。 （2） 高导热氧化石墨烯 (GO)/PVA复合材料的制备与性能研究。通过自流平及流延成型的方法制备了一系列氧化石墨(GtO)及氧化石墨烯 (GO)/PVA复合材料。结果表明，当GO含量仅为0.1 wt% 时，GO/PVA复合材料在平行于流延方向的热导率已高达17.61 W/mK。同时，该材料还兼具高透光率及良好的电绝缘性。而同时具备高热导率，高透光率及电绝缘性的材料在实际应用中将有着重要价值。 （3） 强磁场下织构化的陶瓷/聚合物复合材料的制备与性能研究。利用不同种类陶瓷颗粒磁极化率各向异性的特征，在强磁场中制备出一系列陶瓷/PVA 复合材料。所用填料包括α-Al2O3，AlN，α-Si3N4 ，h-BNⅠ，h-BNⅡ。并且通过磁场方向的变化，初步研究了各种陶瓷填料在样品固化成型过程中的取向变化。结果表明，强磁场在制备陶瓷/聚合物复合材料中确实可以起到一定的填料织构化作用，但该研究还存在很多问题，有待进一步探索和挖掘。