石墨烯/高分子复合材料界面导热性能的分子动力学模拟
发布时间：2021-01-08 07:28
近年来高速发展的电子信息产业为导热高分子材料提供了更大的发展空间,对其导热性能不断提出新的要求。界面热阻被认为是限制导热填充型高分子材料热导率进一步提升的主要因素。因此,提高界面热导并探究界面微观导热机理已经成为进一步改善高分子材料导热性能的关键所在。本文采用非平衡分子动力学（NEMD）模拟的方法研究了石墨烯填料的尺寸、层数和功能化（-H、-OH）以及高分子的密度、侧基等对石墨烯/高分子复合材料界面热导的影响。采用有效介质理论（EMT）将界面热导与复合材料整体热导率联系起来,并预测了界面热导、填料的长度以及填料的体积分数对复合材料热导率的影响。通过探究界面微观导热机理,以期为改善高分子复合材料的导热性能提供理论预测和指导。研究结果表明,界面热导随石墨烯尺寸和功能化度的增大而增大,这是因为石墨烯尺寸增大使得较长波长声子被激发,促进了在界面处的热能传输。振动能谱（VPS）分析表明,随石墨烯尺寸的增大,在更低频频域（<2THz）范围出现的振动模式与高分子碳原子振动产生更大程度的振动耦合,增大了界面热传输能力。随着功能化程度的增大,VPS结果显示石墨烯碳原子振动模式发生明显重排,并与高分...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 高分子材料的导热概述
1.1.1 本征型高分子材料导热机理
1.1.2 填充型高分子复合材料导热机理
1.2 分子动力学概述
1.2.1 导热系数的平衡态分子动力学模拟方法
1.2.2 导热系数的非平衡态分子动力学模拟方法
1.4 导热高分子复合材料的研究现状
1.4.1 本征导热高分子材料的研究进展
1.4.2 填充型高分子复合材料的研究进展
1.5 本文主要内容
2 填料对石墨烯/聚乙烯界面热导影响的分子动力学研究
2.1 模型构建
2.2 模拟细节
2.3 结果与讨论
2.3.1 不同尺寸石墨烯对界面热导影响的分子动力学模拟
2.3.2 石墨烯层数对界面热导影响的分子动力学模拟
2.3.3 功能化石墨烯对界面热导影响的分子动力学模拟
2.4 本章小结
3 高分子基体对石墨烯/聚乙烯基高分子界面热导影响的分子动力学研究
3.1 模型构建
3.2 模型细节
3.3 结果与讨论
3.3.1 高分子密度对界面热导影响的分子动力学模拟
3.3.2 高分子侧基对界面热导影响的分子动力学模拟
3.4 本章小结
4 结论
4.1 本文的主要结论
4.2 本文主要创新之处及存在的问题
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]鳞片石墨填充聚酰胺/聚丙烯导热复合材料的研究[J]. 徐华根,彭新涛,周军杰,陈晓东,刘引烽. 工程塑料应用. 2015(09)
[2]填充型导热塑料导热性能影响因素探析[J]. 邹文奇,温变英. 高分子材料科学与工程. 2015(07)
[3]石蜡/高密度聚乙烯/膨胀石墨导热增强型复合相变材料热导率的影响因素[J]. 刘菁伟,杨文彬,田本强,张凯,范敬辉,范瑛. 高分子材料科学与工程. 2015(05)
[4]硅功能化石墨烯热导率的分子动力学模拟[J]. 惠治鑫,贺鹏飞,戴瑛,吴艾辉. 物理学报. 2014(07)
[5]石墨烯表界面化学修饰及其功能调控[J]. 林源为,郭雪峰. 化学学报. 2014(03)
[6]填充型导热绝缘高分子材料的研究进展[J]. 王月祥. 化工中间体. 2013(08)
[7]石墨烯微片/聚丙烯导热复合材料的制备与性能[J]. 汪文,丁宏亮,张子宽,沈烈. 复合材料学报. 2013(06)
[8]膨胀石墨混杂填充聚丙烯复合材料导热性能研究[J]. 吴宏武,徐晓强,刘汉. 中国塑料. 2013(03)
[9]碳纳米材料在导热聚合物复合材料中的应用[J]. 赵春宝,汪信,杨绪杰. 电子元件与材料. 2012(01)
[10]高导热聚合物基纳米复合材料的研究进展[J]. 吴广力,焦剑,邹亮,刘攀博. 中国胶粘剂. 2011(12)
博士论文
[1]纳米填料和高导热高分子复合材料的制备及其性能研究[D]. 高智芳.天津大学 2013
[2]高导热绝缘高分子复合材料研究[D]. 周文英.西北工业大学 2007
硕士论文
[1]链结构对高分子材料导热性能影响的分子动力学模拟研究[D]. 林也平.中北大学 2014
[2]化学修饰对石墨烯/聚合物复合材料界面及其特性影响的分子动力学模拟研究[D]. 吕成.中国石油大学 2011
[3]纳米复合材料中热输运的分子动力学模拟[D]. 黄小鹏.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
本文编号：2964189
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 高分子材料的导热概述
1.1.1 本征型高分子材料导热机理
1.1.2 填充型高分子复合材料导热机理
1.2 分子动力学概述
1.2.1 导热系数的平衡态分子动力学模拟方法
1.2.2 导热系数的非平衡态分子动力学模拟方法
1.4 导热高分子复合材料的研究现状
1.4.1 本征导热高分子材料的研究进展
1.4.2 填充型高分子复合材料的研究进展
1.5 本文主要内容
2 填料对石墨烯/聚乙烯界面热导影响的分子动力学研究
2.1 模型构建
2.2 模拟细节
2.3 结果与讨论
2.3.1 不同尺寸石墨烯对界面热导影响的分子动力学模拟
2.3.2 石墨烯层数对界面热导影响的分子动力学模拟
2.3.3 功能化石墨烯对界面热导影响的分子动力学模拟
2.4 本章小结
3 高分子基体对石墨烯/聚乙烯基高分子界面热导影响的分子动力学研究
3.1 模型构建
3.2 模型细节
3.3 结果与讨论
3.3.1 高分子密度对界面热导影响的分子动力学模拟
3.3.2 高分子侧基对界面热导影响的分子动力学模拟
3.4 本章小结
4 结论
4.1 本文的主要结论
4.2 本文主要创新之处及存在的问题
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]鳞片石墨填充聚酰胺/聚丙烯导热复合材料的研究[J]. 徐华根,彭新涛,周军杰,陈晓东,刘引烽. 工程塑料应用. 2015(09)
[2]填充型导热塑料导热性能影响因素探析[J]. 邹文奇,温变英. 高分子材料科学与工程. 2015(07)
[3]石蜡/高密度聚乙烯/膨胀石墨导热增强型复合相变材料热导率的影响因素[J]. 刘菁伟,杨文彬,田本强,张凯,范敬辉,范瑛. 高分子材料科学与工程. 2015(05)
[4]硅功能化石墨烯热导率的分子动力学模拟[J]. 惠治鑫,贺鹏飞,戴瑛,吴艾辉. 物理学报. 2014(07)
[5]石墨烯表界面化学修饰及其功能调控[J]. 林源为,郭雪峰. 化学学报. 2014(03)
[6]填充型导热绝缘高分子材料的研究进展[J]. 王月祥. 化工中间体. 2013(08)
[7]石墨烯微片/聚丙烯导热复合材料的制备与性能[J]. 汪文,丁宏亮,张子宽,沈烈. 复合材料学报. 2013(06)
[8]膨胀石墨混杂填充聚丙烯复合材料导热性能研究[J]. 吴宏武,徐晓强,刘汉. 中国塑料. 2013(03)
[9]碳纳米材料在导热聚合物复合材料中的应用[J]. 赵春宝,汪信,杨绪杰. 电子元件与材料. 2012(01)
[10]高导热聚合物基纳米复合材料的研究进展[J]. 吴广力,焦剑,邹亮,刘攀博. 中国胶粘剂. 2011(12)
博士论文
[1]纳米填料和高导热高分子复合材料的制备及其性能研究[D]. 高智芳.天津大学 2013
[2]高导热绝缘高分子复合材料研究[D]. 周文英.西北工业大学 2007
硕士论文
[1]链结构对高分子材料导热性能影响的分子动力学模拟研究[D]. 林也平.中北大学 2014
[2]化学修饰对石墨烯/聚合物复合材料界面及其特性影响的分子动力学模拟研究[D]. 吕成.中国石油大学 2011
[3]纳米复合材料中热输运的分子动力学模拟[D]. 黄小鹏.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2008
本文编号：2964189
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