高分子复合材料导热性能的调控机制研究
发布时间：2023-05-13 22:55
导热高分子复合材料是指以高分子材料为基体,通过加入高导热填料来增强其整体导热性能的复合体系,它兼具高分子材料的优点和良好的导热性能,在能源、电子电器、信息、航空航天等领域具有广阔的应用前景。目前,高分子复合材料的热导率普遍低于5W/mK,仍不能完全满足工程应用的需要。本文从工程热物理学科角度出发研究高分子复合材料的导热性能,一方面采用理论建模的方法研究了复合材料热导率随填料网络的变化规律,建立了含有定向分布二维导热填料以及混合填充导热填料的复合材料热导率计算模型,获得了填料分布形态对复合材料热导率影响的定量科学规律;另一方面通过石墨烯/环氧树脂复合材料的实验,研究填料的化学修饰程度和形态对复合材料热导率的影响,并据此建立了石墨烯-坏氧树脂界面的分子动力学(MD)模型,分析界面传热特性随填料化学修饰程度、界面间隙等的变化规律。通过这些工作,探索影响高分子复合材料热导率的关键因素及其影响规律,提炼提高复合材料热导率的技术和方法,从而为制备导热高分子复合材料提供理论依据和方法指导。论文的主要工作及获得的研究结果如下。对于单一填充的六方氮化硼/高分子复合体系,提出了一种综合高分子复合材料中大多...
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景、目的和意义
1.2 填料网络的研究概况
1.2.1 填充量对填料网络的影响
1.2.2 填充体系对填料网络的影响
1.2.3 制备流程对填料网络的影响
1.2.4 化学修饰对填料网络的影响
1.3 填料-基材界面热阻的研究概况
1.3.1 材料结构对界面热阻的影响
1.3.2 化学修饰对界面热阻的影响
1.4 导热模型的研究概况
1.4.1 粒子填料模型
1.4.2 考虑填料形状的粒子导热模型
1.4.3 纤维状填料模型
1.4.4 片状填料模型
1.4.5 综合模型
1.5 高分子复合材料导热性能研究中存在的问题
1.6 课题的研究内容、研究方案和创新点
1.6.1 研究内容
1.6.2 研究方案
1.6.3 创新点
第2章 单一填充六方氮化硼/高分子复合材料的热导率计算
2.1 引言
2.2 计算方法
2.2.1 模型的建立
2.2.2 计算流程
2.3 结果分析与讨论
2.3.1 模型验证
2.3.2 参数分析
2.4 本章小结
第3章 混合填充石墨烯-碳纳米管/高分子复合材料的热导率计算
3.1 引言
3.2 计算方法
3.2.1 模型的建立
3.2.2 计算流程
3.3 结果分析与讨论
3.3.1 模型验证
3.3.2 参数分析
3.3.3 等效热导率方程的简化
3.4 本章小结
第4章 石墨烯/环氧树脂复合材料的制备与表征
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验所用原料与仪器
4.2.2 样品制备
4.2.3 样品表征
4.3 SRGO/epoxy复合材料表征结果分析与讨论
4.3.1 SRGO还原程度及其微观结构
4.3.2 SRGO/epoxy复合材料热导率
4.3.3 热导率变化趋势的影响机制
4.4 GF/epoxy复合材料表征结果分析与讨论
4.4.1 样品微观结构表征
4.4.2 热物性参数分析
4.5 本章小结
第5章 石墨烯/环氧树脂复合材料的界面模拟
5.1 引言
5.2 模拟方法
5.2.1 环氧树脂分子模型的建立
5.2.2 环氧树脂的交联过程
5.2.3 界面结合能的计算
5.3 结果分析与讨论
5.3.1 交联环氧树脂的静态性能
5.3.2 交联环氧树脂的动态性能
5.3.3 交联环氧树脂的玻璃化转变温度
5.3.4 石墨烯-环氧树脂的界面结合能
5.4 本章小结
第6章 表面化学修饰石墨烯的热导率计算
6.1 引言
6.2 模拟方法
6.2.1 RGO模型的建立
6.2.2 热导率的计算流程
6.2.3 RGO的温度分布和RNEMD模拟方法验证
6.3 结果分析与讨论
6.3.1 含氧官能团对热导率的影响
6.3.2 含氧官能团对RGO构型的影响
6.3.3 MRGO的声子态密度
6.3.4 BRGO的层间相互作用
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 研究工作的创新性
7.3 研究工作的展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
本文编号：3816690
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景、目的和意义
1.2 填料网络的研究概况
1.2.1 填充量对填料网络的影响
1.2.2 填充体系对填料网络的影响
1.2.3 制备流程对填料网络的影响
1.2.4 化学修饰对填料网络的影响
1.3 填料-基材界面热阻的研究概况
1.3.1 材料结构对界面热阻的影响
1.3.2 化学修饰对界面热阻的影响
1.4 导热模型的研究概况
1.4.1 粒子填料模型
1.4.2 考虑填料形状的粒子导热模型
1.4.3 纤维状填料模型
1.4.4 片状填料模型
1.4.5 综合模型
1.5 高分子复合材料导热性能研究中存在的问题
1.6 课题的研究内容、研究方案和创新点
1.6.1 研究内容
1.6.2 研究方案
1.6.3 创新点
第2章 单一填充六方氮化硼/高分子复合材料的热导率计算
2.1 引言
2.2 计算方法
2.2.1 模型的建立
2.2.2 计算流程
2.3 结果分析与讨论
2.3.1 模型验证
2.3.2 参数分析
2.4 本章小结
第3章 混合填充石墨烯-碳纳米管/高分子复合材料的热导率计算
3.1 引言
3.2 计算方法
3.2.1 模型的建立
3.2.2 计算流程
3.3 结果分析与讨论
3.3.1 模型验证
3.3.2 参数分析
3.3.3 等效热导率方程的简化
3.4 本章小结
第4章 石墨烯/环氧树脂复合材料的制备与表征
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验所用原料与仪器
4.2.2 样品制备
4.2.3 样品表征
4.3 SRGO/epoxy复合材料表征结果分析与讨论
4.3.1 SRGO还原程度及其微观结构
4.3.2 SRGO/epoxy复合材料热导率
4.3.3 热导率变化趋势的影响机制
4.4 GF/epoxy复合材料表征结果分析与讨论
4.4.1 样品微观结构表征
4.4.2 热物性参数分析
4.5 本章小结
第5章 石墨烯/环氧树脂复合材料的界面模拟
5.1 引言
5.2 模拟方法
5.2.1 环氧树脂分子模型的建立
5.2.2 环氧树脂的交联过程
5.2.3 界面结合能的计算
5.3 结果分析与讨论
5.3.1 交联环氧树脂的静态性能
5.3.2 交联环氧树脂的动态性能
5.3.3 交联环氧树脂的玻璃化转变温度
5.3.4 石墨烯-环氧树脂的界面结合能
5.4 本章小结
第6章 表面化学修饰石墨烯的热导率计算
6.1 引言
6.2 模拟方法
6.2.1 RGO模型的建立
6.2.2 热导率的计算流程
6.2.3 RGO的温度分布和RNEMD模拟方法验证
6.3 结果分析与讨论
6.3.1 含氧官能团对热导率的影响
6.3.2 含氧官能团对RGO构型的影响
6.3.3 MRGO的声子态密度
6.3.4 BRGO的层间相互作用
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 研究工作的创新性
7.3 研究工作的展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
本文编号：3816690
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