基于納米粒子雜化網(wǎng)絡的PVDF導熱復合材料制備及多功能化調(diào)控.pdf

1、填充型導熱高分子材料是將導熱填料添加到高分子基體中制備的具有高導熱系數(shù)的復合材料。填充型導熱高分子制備方法簡單、成本低廉并且在電子電氣和微電子封裝領域具有廣闊的應用前景，近年來受到廣泛的關注。常見的導熱填料包括石墨、碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)、石墨烯納米片(Graphene nanoplatelets，GNPs)等導電填料和氮化硼(Boron nitride，BN)、氮化鋁（Alumium nitride，A

2、lN）、氧化鋁（Alumium oxide，Al2O3）等絕緣陶瓷填料。將兩種不同尺寸、不同維度的填料互配成雜化填料填充聚合物是制備導熱高分子最有效、最簡單的方法之一。但是，隨著電子信息領域不斷發(fā)展，具有單一導熱性能的復合材料已經(jīng)無法滿足市場需求，因此開發(fā)具有多功能性的導熱復合材料具有十分重要的意義。本文針對填料雜化網(wǎng)絡致密程度對聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)導熱性能的影響開展研究工作。首先研究了

3、導電雜化填料(CNTs/GNPs)對PVDF導熱和導電性能影響。通過固定一種填料含量同時改變另一種填料含量，探究了不同雜化網(wǎng)絡對復合材料導熱導電性能的影響。此外，通過調(diào)控絕緣填料BN含量和尺寸，控制導電填料CNTs的分散和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，研究了制備具有高導熱系數(shù)和高介電常數(shù)復合材料的最佳工藝。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過溶液-熔融兩步加工法將GNPs和CNTs引入到PVDF中，制備了三元納米復合材料。通過對復合材料結(jié)晶行為分析發(fā)現(xiàn)，

4、GNPs和CNTs對PVDF都有明顯的成核作用，但是雜化網(wǎng)絡對PVDF結(jié)晶度幾乎沒影響。通過流變行為和微觀形貌表征以及導熱性能測試發(fā)現(xiàn)，少量GNPs加入到PVDF/CNT-x中，由于GNPs對CNTs的體積排除作用，使得CNTs團聚更嚴重;進一步通過理論模擬計算發(fā)現(xiàn)由于CNTs團聚，CNTs間接觸熱阻略有增大。而流變結(jié)果顯示，少量GNPs加入對復合材料網(wǎng)絡致密程度幾乎沒有影響，此時復合材料導熱系數(shù)提升較小;但是少量CNTs加入PVDF/

5、GNP-x中，CNTs和GNPs能形成三維雜化網(wǎng)絡，此時復合材料的模量顯著提升，低頻處有更大的平臺，說明此時材料內(nèi)部能形成更致密的雜化網(wǎng)絡，因此復合材料導熱系數(shù)顯著增加，導熱協(xié)同效率也更高。通過對電導率測試發(fā)現(xiàn)，CNTs在導電網(wǎng)絡中起到主導作用，但是少量CNTs加入PVDF/GNP-x中，材料的電導率提升比少量GNPs加入到PVDF/CNT-x中更明顯，有更高的協(xié)同效率。⑵通過向PVDF中引入導電填料CNTs和類石墨烯絕緣填料BN，成功

6、制備具有高導熱系數(shù)的三元納米復合材料。結(jié)晶行為研究表明，BN和CNTs對PVDF結(jié)晶都有成核作用，并且同時加入BN和CNTs時，結(jié)晶度會隨著BN含量增加而增大。通過微觀形貌分析、介電性能和電導率測試發(fā)現(xiàn)少量的BN對CNTs有分散作用，復合材料的電導率明顯提升，此時由于CNTs與PVDF之間有更多的界面極化，并且CNTs之間能形成更多微電容結(jié)構(gòu)，因此復合材料介電常數(shù)顯著提升;但是大量的BN對CNTs的網(wǎng)絡會產(chǎn)生位阻效應，致使CNTs導電網(wǎng)

7、絡破壞，復合材料電導率和介電常數(shù)顯著降低。流變行為分析發(fā)現(xiàn)，當BN含量大干10wt％時，復合材料內(nèi)部才能形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。但是將CNTs加入PVDF/BN-x中，即使BN含量為1wt％，復合材料中也能形成致密的三維網(wǎng)絡，網(wǎng)絡致密程度提升是導熱性能提高的主要原因。⑶通過調(diào)控BN尺寸，將三種不同尺寸的BN和CNTs組成雜化填料引入PVDF中，制備了三種三元納米復合材料。通過形貌表征、流變行為和電導率測試分析填料網(wǎng)絡變化，并對材料導熱性能和介電性