基于納米粒子雜化網(wǎng)絡(luò)的PVDF導(dǎo)熱復(fù)合材料制備及多功能化調(diào)控.pdf

1、填充型導(dǎo)熱高分子材料是將導(dǎo)熱填料添加到高分子基體中制備的具有高導(dǎo)熱系數(shù)的復(fù)合材料。填充型導(dǎo)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(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來受到廣泛的關(guān)注。常見的導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)熱高分子最有效、最簡單的方法之一。但是，隨著電子信息領(lǐng)域不斷發(fā)展，具有單一導(dǎo)熱性能的復(fù)合材料已經(jīng)無法滿足市場(chǎng)需求，因此開發(fā)具有多功能性的導(dǎo)熱復(fù)合材料具有十分重要的意義。本文針對(duì)填料雜化網(wǎng)絡(luò)致密程度對(duì)聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)導(dǎo)熱性能的影響開展研究工作。首先研究了

3、導(dǎo)電雜化填料(CNTs/GNPs)對(duì)PVDF導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能影響。通過固定一種填料含量同時(shí)改變另一種填料含量，探究了不同雜化網(wǎng)絡(luò)對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱導(dǎo)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(dǎo)電填料CNTs的分散和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研究了制備具有高導(dǎo)熱系數(shù)和高介電常數(shù)復(fù)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(fù)合材料。通過對(duì)復(fù)合材料結(jié)晶行為分析發(fā)現(xiàn)，

4、GNPs和CNTs對(duì)PVDF都有明顯的成核作用，但是雜化網(wǎng)絡(luò)對(duì)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(dǎo)熱性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，少量GNPs加入到PVDF/CNT-x中，由于GNPs對(duì)CNTs的體積排除作用，使得CNTs團(tuán)聚更嚴(yán)重;進(jìn)一步通過理論模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)由于CNTs團(tuán)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(duì)復(fù)合材料網(wǎng)絡(luò)致密程度幾乎沒有影響，此時(shí)復(fù)合材料導(dǎo)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(luò)，此時(shí)復(fù)合材料的模量顯著提升，低頻處有更大的平臺(tái)，說明此時(shí)材料內(nèi)部能形成更致密的雜化網(wǎng)絡(luò)，因此復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)顯著增加，導(dǎo)熱協(xié)同效率也更高。通過對(duì)電導(dǎo)率測(cè)試發(fā)現(xiàn)，CNTs在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中起到主導(dǎo)作用，但是少量CNTs加入PVDF/GNP-x中，材料的電導(dǎo)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(dǎo)電填料CNTs和類石墨烯絕緣填料BN，成功

6、制備具有高導(dǎo)熱系數(shù)的三元納米復(fù)合材料。結(jié)晶行為研究表明，BN和CNTs對(duì)PVDF結(jié)晶都有成核作用，并且同時(shí)加入BN和CNTs時(shí)，結(jié)晶度會(huì)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(dǎo)率測(cè)試發(fā)現(xiàn)少量的BN對(duì)CNTs有分散作用，復(fù)合材料的電導(dǎo)率明顯提升，此時(shí)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(fù)合材料介電常數(shù)顯著提升;但是大量的BN對(duì)CNTs的網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生位阻效應(yīng)，致使CNTs導(dǎo)電網(wǎng)

7、絡(luò)破壞，復(fù)合材料電導(dǎo)率和介電常數(shù)顯著降低。流變行為分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)BN含量大干10wt％時(shí)，復(fù)合材料內(nèi)部才能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是將CNTs加入PVDF/BN-x中，即使BN含量為1wt％，復(fù)合材料中也能形成致密的三維網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)致密程度提升是導(dǎo)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(fù)合材料。通過形貌表征、流變行為和電導(dǎo)率測(cè)試分析填料網(wǎng)絡(luò)變化，并對(duì)材料導(dǎo)熱性能和介電性