高功率电子设备的发展与应用给我们生活带来了便利,同时也带来了诸多安全性问题:如设备容易出现局部高温热点,热量积蓄影响设备运行效率,温度过高引起火灾事故等问题。因此,设备热管理和热防护问题成为了研究者必须考虑并解决的。环氧树脂复合材料因其良好的绝缘性、粘结性、机械性能常被用作仪器设备的绝缘材料,但伴随而来一系列的热性能问题:导热性能差、热传递速率慢、热稳定性差、燃烧释放大量有毒有害气体。这些问题严重阻碍了环氧树脂的进一步发展和应用。本文受洋葱多层结构的启发,设计了各向异性环氧树脂复合散热材料,其中六方氮化硼(Hexagonal Boron Nitride,h-BN)为导热填料制备环氧基散热微层,膨胀蛭石(Expanded Vermiculite,E-ver)为隔热填料制备环氧基隔热微层,交替堆叠固化制备复合散热材料。宏观各向异性结构赋予了复合材料“避免高温热点”和“定向快速散热”的独特双重功能。与同向性的纯环氧树脂相比,堆叠复合材料的顶部中心温度下降10-16°C,热延迟时间大大提升,并随着散热微层中氮化硼含量的增加,顶部的热防护性能逐渐提升。近一步,采用多物理场仿真软件研究各向异性堆叠结构复合散热材料对热防护性能,阐明了复合散热材料“横向散热、纵向抑热”的热防护机理。另外,针对环氧树脂的热稳定性差的问题,对其阻燃性能进行设计。采用固相剥离的方法制备镁铝层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxide,LDH)及蛭石(vermiculite)纳米片,在简易的水环境下实现纳米片的静电自组装,制备环氧树脂纳米阻燃复合材料。以蛭石作为LDH的支撑骨架,提升复合材料整体的热稳定性并在燃烧时形成良好的热保护屏障;LDH吸收热量、释放水,稀释可燃气体,蛭石和LDH协同提升了复合材料的热稳定性和阻燃性能,并表现出良好的力学性能。制备的环氧树脂纳米复合阻燃材料的峰值热释放速率可下降29.5%,热释放总量下降33.3%,成炭率大幅提高。堆叠型和自组装型环氧树脂复合材料实现了热防护、热稳定性、阻燃性能的一体化研究。