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 目錄 

1. 本征高導熱高分子的設計合成的研究

2. 新型異質結構填料的優(yōu)化制備的研究

3. 導熱填料的表面功能化改性的研究

4. 導熱高分子復合材料的制備調控的研究

5. 導熱高分子復合材料的熱模型構建和導熱機理的研究

 1. 本征高導熱高分子的設計合成的研究 

在早期階段，SFPC課題組通過溶液澆鑄和熱壓制備了導熱聚乙烯醇（PDLC）膜，其固有的微觀有序結構高達1.41 W / mK（J Mater Sci Technol，2021，82：250）;通過硫醇-環(huán)氧親核開環(huán)反應和涂膜工藝制備側鏈型本征高導熱自修復側鏈型液晶環(huán)氧膜（LCEF），實現(xiàn)其高導熱（λ⊥=0.33 W/mK，λ∥=1.52 W/mK）與自修復的協(xié)同效應; 從多尺度結構設計開始，通過環(huán)氧單體，固化劑的分子設計引入了有序結構，并通過優(yōu)化交聯(lián)網(wǎng)絡拓撲結構來制備基于聯(lián)苯液晶元的主鏈型本征高導熱性環(huán)氧樹脂（LCER，λ為0.51 W / mK，約為通用環(huán)氧樹脂的3倍），突破了固有的導熱聚合物基質制備和合成困難以及本體λ低的技術瓶頸問題。同時，公開了相關國家的1項發(fā)明專利，并申請了1項美國發(fā)明專利。

圖1 側鏈型本征高導熱自修復側鏈型液晶環(huán)氧膜（LCEF）示意圖

 2. 新型異質結構填料的優(yōu)化制備的研究  

SFPC課題組成功制備了MWCNT-Fe3O4 @ Ag，Ag / rGO，f-MWCNTs-g-rGO，SiC-BNNS，BNNS @ SiCnws、BNN-30 @ BNNS和其他新型異質結構導熱填料，利用導熱填料各自的結構和形態(tài)特征，更容易重疊以形成更多的導熱路徑，并有效避免引入更多界面熱障和導熱填料本身發(fā)生團聚現(xiàn)象，實現(xiàn)比單一或簡單的混合導熱填料更好的λ提升效果。

圖2 BNN-30@BNNS異質結構填料/玻璃纖維布/環(huán)氧樹脂層壓導熱復合材料制備及性能

 3. 導熱填料的表面功能化改性的研究 

鑒于導熱填料和樹脂基體之間的聲子振動頻率不匹配（通常被認為是界面熱障），SFPC課題組在早期采用界面分子設計并在BNNS（Appl Mater Inter, 2020, 12: 1677；圖3）、石墨烯（J Mater Chem C, 2018, 6: 3004；入選2018年“中國百篇最具影響國際學術論文”）和GNPs（Compos Sci Technol, 2017, 139: 83；Int J Heat Mass Tran, 2016, 92: 15）等導熱填料表面引入特定的聚合物層，可有效改善導熱填料與聚合物基體之間的界面相容性，并顯著降低了界面的熱障。這解決了導熱填料處的熱障導致復合材料導熱性差的關鍵問題。

圖2 BNN-30@BNNS異質結構填料/玻璃纖維布/環(huán)氧樹脂層壓導熱復合材料制備及性能

  4. 導熱高分子復合材料的制備調控的研究  

SFPC課題組在早期階段通過填充一種導熱填料有效地改善了導熱聚合物復合材料的導熱性。用BN填充改性體自修復環(huán)氧基質，以實現(xiàn)環(huán)氧樹脂高導熱率，本征自修復和可再加工的協(xié)同作用。使用不同類型和形狀的混合導熱填料可實現(xiàn)“導熱路徑”的高效協(xié)同構建，并有效提高聚合物復合材料的導熱率。設計并開發(fā)了“靜電紡絲-高溫模壓”技術，以制備導熱聚合物復合材料，以進一步提高導熱填料在聚合物基體中的均勻分散，并實現(xiàn)導熱聚合物復合材料中的“導熱路徑”。更少的導熱填料高效率的成型解決了技術瓶頸問題，即傳統(tǒng)的加工方法無法兼顧導熱聚合物復合材料的高導熱性和出色的力學性能。

圖4 兩種GNPs/PS導熱復合材料的制備示意圖

 5. 導熱高分子復合材料的熱模型構建和導熱機理的研究  

SFPC課題組基于有效介質理論（EMT）和熱量守恒，并綜合考慮了許多影響因素（導熱填料的厚度，幾何因子，取向分布和體積分數(shù)；導熱填料與聚合物之間的熱障及界面層的厚度，導熱填料和聚合物基體本體的導熱系數(shù)），建立了一個導熱模型和方程，更適合于具有分層結構的導熱高分子復合材料。通過研究“聲子散射-界面熱障-導熱性能”之間的對應關系，優(yōu)化了Hashin-Shtrikman模型以獲得界面熱障參數(shù)，從微觀角度揭示了導熱填料的表面功能化改性以及取向分布有效提高聚合物基導熱復合材料導熱性能的內在原因，闡明了其導熱機理。 最近，SFPC課題組將氧化石墨烯（GO）胺化（NH2-GO）和還原（NH2-rGO），然后制備NH2-rGO /聚酰亞胺（NH2-rGO / PI）導熱復合膜。利用拉曼光譜法對NH2-rGO / PI導熱復合膜界面的聲子散射和ITR進行了創(chuàng)新表征，揭示了界面導熱機理，證明了胺化作用優(yōu)化了NH2-rGO / PI的界面，減少了聲子散射和 ITR，并最終改善了界面的導熱性。

圖5 NH2-rGO/PI導熱復合材料表界面微結構優(yōu)化設計、聲子散射表征、導熱性能及機理

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