石墨烯复合材料的制备及其介电性能与导热性能的研究

发布时间：2017-05-03 06:13

  本文关键词：石墨烯复合材料的制备及其介电性能与导热性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电子设备的小型化及多功能化的快速发展，电子工业迫切地需要更高介电和更高导热聚合物材料，以减小电子电容器的体积和提高电子设备的散热能力。 向聚合物基体中添加高介电陶瓷和导电体填料制备复合材料是两种有效的提高聚合物介电常数的途径。由于制备导电体/聚合物逾渗体系复合材料在较低的含量下即可大幅提高聚合物基体的介电常数，因而显示出巨大的优势，但这一途径提高聚合物介电常数的同时也引起介电损耗的跃升。本文第一部分利用石墨烯的高导电性，通过对石墨烯纳米片表面界面设计，合成出一种含有“绝缘体-导体-绝缘体”结构的三明治二维纳米填料（rPANI-GS-rPANI）。将这种三明治填料加入到聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中，发现复合材料的介电常数随着填料含量的增加而单调提高，而介损依然维持较低水平。当复合材料中石墨烯体积分数达6%时，聚合物的介电常数由3.6提高到40.6，而介电损耗只有0.12。 同样，向聚合物基体中添加高导热填料也是提高聚合物基体热导率的有效途径。常用的高导热填料主要是陶瓷、金属和碳类填料。碳类填料，特别是石墨烯，由于具有超高的热导率、较小的比重、较大的比表面积等诸多优势，在提高聚合物导热能力领域显示出独特的优势。本文第二部分，以石墨烯为高导热填料制备聚合物复合材料来提高聚合物基体的导热能力。这种石墨烯填料是通过向溶剂液相剥离的石墨烯片间引入低聚倍半硅氧烷（POSS）阻碍剥离的石墨烯的回叠来制备的。研究发现，这种方法制备的石墨烯片，相较于直接溶剂液相剥离的石墨烯片，能有效的提高聚合物基体的热导率。当这种填料的体积分数达到15%时，，聚合物的热导率由0.24Wm~(-1)K~(-1)提高到1.7Wm~(-1)K~(-1)，提高了将近6倍。 研究表明，石墨烯二维纳米片是一种制备高介电和高导热聚合物复合材料的优良填料。
【关键词】：石墨烯 聚合物 高介电 低损耗 高导热
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB332;O613.71
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 本文中英文缩写词与符号9-14
• 第一章 绪论14-33
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 高介电复合材料15-24
• 1.2.1 电介质定义及其极化机理15-16
• 1.2.2 高介电复合材料的制备途径及研究进展16-24
• 1.3 高导复合材料24-30
• 1.3.1 导热聚合物的物理基础25-27
• 1.3.2 高导热复合材料的制备途径及研究进展27-30
• 1.5 本课题的研究意义及研究内容30-33
• 第二章 聚苯胺-石墨烯-聚苯胺二维三明治纳米结构的构建及其聚合物复合材料的介电性能表征33-56
• 2.1 引言33-34
• 2.2 实验部分34-38
• 2.2.1 原料及来源34-36
• 2.2.2 GO 的制备36-37
• 2.2.3 PANI-GO-PANI 杂化纳米片的制备37
• 2.2.4 rPANI-GS-rPANI 杂化纳米片的合成37
• 2.2.5 PMMA/rPANI-GS-rPANI 纳米复合材料的制备37-38
• 2.3 测试仪器及性能表征38-40
• 2.3.1 傅立叶转变红外光谱（FT-IR）测试38
• 2.3.2 X 射线衍射38
• 2.3.3 透射电镜（TEM）纳米粒子相貌表征38-39
• 2.3.4 扫描电镜（SEM）观察复合材料截面形貌39
• 2.3.5 体积电阻率的测定39
• 2.3.6 热失重分析（TGA）39
• 2.3.7 X 射线光电子能谱（XPS）分析39
• 2.3.8 介电谱测试39-40
• 2.4 结果与讨论40-55
• 2.4.1 纳米填料的微观形貌表征41
• 2.4.2 纳米填料的物理结构表征41-44
• 2.4.3 纳米粒子的化学结构表征44-45
• 2.4.4 纳米粒子体积电导率的测定45-48
• 2.4.5 纳米粒子的热稳定性分析48-49
• 2.4.6 rPANI-GS-rPANI 在 PMMA 基体中的分散情况49-50
• 2.4.7 纳米复合材料的热稳定性研究50-52
• 2.4.8 复合材料的介电性能52-55
• 2.5 结论55-56
• 第三章 石墨烯辅助剥离石墨及其聚合物复合材料的导热性能表征56-69
• 3.1 引言56-57
• 3.2 实验部分57-61
• 3.2.1 原料及来源57-58
• 3.2.2 POSS 接枝的还原氧化石墨烯（PG）的合成58-60
• 3.2.3 石墨片的溶剂液相剥离60
• 3.2.4 石墨烯/环氧树脂复合材料的制备60-61
• 3.3 测试仪器与性能表征61-62
• 3.3.1 傅立叶转变红外光谱（FT-IR）测试61
• 3.3.2 热失重分析（TGA）61-62
• 3.3.3 X 射线衍射（XRD）62
• 3.3.4 纳米粒子溶剂中分散性测试62
• 3.3.5 复合材料的热导率测试62
• 3.4 结果与分析62-68
• 3.4.1 红外光谱表征64
• 3.4.2 X 射线衍射（XRD）64-65
• 3.4.3 热失重分析（TGA）65-66
• 3.4.4 复合材料的导热性能66-68
• 3.5 结论68-69
• 第四章 全文总结69-70
• 参考文献70-80
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文80-81
• 致谢81

【参考文献】

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1 周文英;高导热绝缘高分子复合材料研究[D];西北工业大学;2007年

  本文关键词：石墨烯复合材料的制备及其介电性能与导热性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：342486