【摘 要】
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微电子集成技术的快速发展推动着电子设备朝着轻薄化,小型化的方向发展,电子器件运行过程中产生的热量快速传导成为难点。高分子聚合材料以其优异的电绝缘性、高度可加工性以及良好的机械性能被广泛用于现今电子封装领域。然而,聚合物本身的热导率太低,一般低于0.3 W m-1K-1,严重制约了设备的散热效率。因此,寻求高效提高聚合物热导率的方法就显得尤为重要。填充型导热填料是提高聚合物导热性的有效方法,也是当前
【基金项目】
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江苏省研究生科研实践创新计划项目,基于生物质模板法增强复合材料定向导热性能（SJCX21＿1014）; 江苏省自然科学基金项目,放热反应型生物质热裂解制备分级多孔碳及其催化氧还原反应机理研究（BK20200635）; 中央高校基本科研业务费专项资金项目,生物质多孔碳的可控制备及其催化氧还原反应性能研究（2020ZDPYMS24）; 国家自然科学基金项目,燃烧合成辅助纤维素热裂解定向构筑多孔碳及多孔
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微电子集成技术的快速发展推动着电子设备朝着轻薄化,小型化的方向发展,电子器件运行过程中产生的热量快速传导成为难点。高分子聚合材料以其优异的电绝缘性、高度可加工性以及良好的机械性能被广泛用于现今电子封装领域。然而,聚合物本身的热导率太低,一般低于0.3 W m-1K-1,严重制约了设备的散热效率。因此,寻求高效提高聚合物热导率的方法就显得尤为重要。填充型导热填料是提高聚合物导热性的有效方法,也是当前导热复合材料的重要研究方向。本论文基于生物质模板法构建三维导热填料骨架,设计、制备不同的填料体系,并将其与聚合物基质进行复合,提高复合材料的导热等性能,探讨导热填料结构对复合材料微观形貌以及导热性能的影响。论文主要工作如下:1.针对环氧树脂热导率低的现状,制备三维导热填料骨架提高其导热性能。选取生物质棉毯作为模板,吸附六水合氯化铝作为铝源,经氮气气氛下高温热处理制备出一系列的氮化铝改性碳三维导热骨架。XRD以及SEM表征结果显示氮化铝改性碳骨架呈现出明显的一维导向结构且氮化铝以颗粒形式负载在生物质碳纤维表面。之后采用真空浸渍法制备出一系列的环氧树脂复合物,并对其微观结构以及热性能进行表征,探讨氮化铝改性碳三维导热骨架对环氧树脂复合物导热性能的影响。研究结果表明:复合样品中的碳纤维仍保持良好的一维导向结构。分析其热导率发现,随着六水合氯化铝浸泡浓度的提高,复合材料的热导率呈现上升趋势。尤其是当浸泡浓度达到30 wt%时,复合材料填料填充率仅为12.4 wt%,此时,复合材料平面外热导率为0.49 W m-1K-1。2.为进一步改善环氧树脂复合物的导热性能,将生物质棉毯卷成柱体作为生物质模板,吸附六水合氯化铝作为铝源,空气气氛下高温煅烧后制备出氧化铝三维导热网络骨架,采用真空浸渍法制备出一系列的环氧树脂复合物,并对其微观结构以及热性能进行表征,探讨氧化铝三维导热骨架对环氧树脂复合物导热性能的影响。研究结果表明:氧化铝骨架呈现出明显的一维导向结构,通过将其与环氧树脂进行复合,不仅能增强复合物的传热性能,还使得复合物呈现出明显的各向异性导热能力,平面外热导率明显高于平面内热导率,实现了在填料填充率仅为17.7 wt%时,平面外热导率达到了0.72 W m-1K-1,是纯树脂的3.27倍。3.以具有天然定向孔道结构的松木作为生物质模板,选取硅粉以及二氧化硅粉作为硅源,利用碳热还原法在生物质碳骨架内生长碳化硅,对生物质木头碳进行改性。XRD、SEM以及EDS表征结果显示改性之后的碳骨架仍保持良好的定向孔道结构且碳化硅以纳米线的形式存在于碳孔道内。之后,利用真空浸渍法将其与石蜡进行复合制备出相变热界面复合材料,并对其微观形貌及其它参数进行表征,探讨了Si C/C导热骨架对复合材料综合性能的影响。研究结果表明:制备出的石蜡复合物呈现各向异性导热性且导热性能有较为明显的提高。尤其当碳硅比为1:1时,石蜡复合物的热导率达到最大值,此时1300-1-Si C/C/P的平面外热导率为0.78 W m-1K-1,是纯石蜡的3.9倍。另外,由于碳孔道及其微通道中蛛网状的Si C多孔亚网络形成的分级网络结构可以为液体石蜡提供更多的毛细管吸附力,因此相变热界面复合材料同样具有良好的防泄漏性能。此外,复合材料还具有良好的相变可逆性、长周期化学稳定性和良好的光热转换能力。
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