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《深圳大学》 2017年
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石墨烯纳米导热复合材料的制备及其性能研究

宗阳阳  
【摘要】:本论文主要研究了用两种联苯型液晶分子:4-烯丙氧基-4’-羟基联苯(AOBPO)和4,4’-二烯丙氧基联苯(DABP)改性三种不同来源的石墨烯:氧化石墨烯(GO),化学还原法石墨烯(rGO),高温还原法石墨烯(GNS,3000?C的条件下还原),由此制备出了液晶功能化石墨烯:GO-AOBPO,r GO-AOBPO,GNS-AOBPO,GO-DABP,rGO-DABP,GNS-DABP。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、红外光谱、荧光光谱、热分析偏光显微等对材料的形貌、结构以及液晶与石墨烯间的相互作用力进行表征。此外,文章还用液晶功能化石墨烯与有机硅改性环氧树脂预聚物共混,制得了石墨烯纳米导热复合材料;用石墨烯包覆铜纳米粒子、氮化铝及氮化硼填料制得了石墨烯包覆铜纳米粒子/氮化铝及/氮化硼导热复合材料,并对其导热、导电性能展开了研究。红外光谱显示仅GO-AOBPO之间通过共价键(酯基)的形式结合在一起。荧光光谱显示氧化石墨烯(GO)、化学还原法石墨烯rGO以及高温还原法石墨烯GNS分别和AOBPO及DABP液晶复合后,均存在π-π堆积;材料的XRD表征显示,GO-AOBPO复合材料的平均层间距为0.34 nm。经过液晶改性后的化学还原法石墨烯rGO以及高温还原法石墨烯GNS的结构未受到影响。热失重实验证明了液晶对三种不同来源石墨烯的功能化改性。对导热复合材料的导热性能测试发现:分别使用经过两种液晶改性的石墨烯材料作为填料的导热材料,其导热性能比使用未改性的填料均有所提高。通过施加剪切力场对石墨烯进行诱导取向,复合材料的导热系数有大幅度提高。复合材料的导电性也随着填料含量的增加而提高,材料的导电性在施加剪切力场时(除氧化石墨烯外)亦有所改善,氧化石墨烯填充的导热复合材料是绝缘的。其中填料的含量达到9 wt%的GNS–AOBPO在施加剪切力场后,其导热系数提高至1.161 W/(m?K);含9 wt%填料的GNS-DABP在取向后,其导热系数提高至1.256 W/(m?K)。对石墨烯包覆铜纳米粒子氮化铝复合导热材料的性能测试显示,石墨烯包覆铜纳米粒子含量在23 wt%时,导热系数大幅度提高到3.908 W/(m?K)。石墨烯包覆铜纳米粒子氮化硼导热复合材料在石墨烯包覆铜纳米粒子含量达在10 wt%时,导热系数可提高到3.811 W/(m?K)。这两种导热复合材料在具有较高导热系数的同时,依旧保持着优良的绝缘性能。
【关键词】:石墨烯 液晶 功能化改性 石墨烯包覆铜 导热性能 导电性能
【学位授予单位】:深圳大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ127.11;TB332
【目录】:
  • 摘要3-5
  • Abstract5-10
  • 第1章 绪论10-18
  • 1.1 引言10-11
  • 1.2 电子封装材料的发展趋势11
  • 1.3 石墨烯的制备与改性11-14
  • 1.3.1 石墨烯11-12
  • 1.3.2 石墨烯制备方法12-13
  • 1.3.3 石墨烯的改性13-14
  • 1.4 液晶及液晶功能化纳米材料14-15
  • 1.5 导热复合材料15-16
  • 1.6 导热机理16
  • 1.7 本论文主要研究内容和创新点16-18
  • 1.7.1 主要研究内容16-17
  • 1.7.2 创新点17-18
  • 第2章 AOBPO液晶功能化石墨烯纳米导热材料的制备与性能研究18-46
  • 2.1 引言18-19
  • 2.2 实验部分19-25
  • 2.2.1 实验材料与仪器19-20
  • 2.2.2 制备与表征20-24
  • 2.2.3 材料结构与性能表征方法24-25
  • 2.3 结果与讨论25-43
  • 2.3.1 四甲基环四硅氧烷的结构表征25-27
  • 2.3.2 AOBPO液晶的结构与性能表征27-30
  • 2.3.3 石墨烯和液晶功能化石墨烯复合材料的表征30-36
  • 2.3.4 纳米导热复合材料的性能测试36-39
  • 2.3.5 施加剪切力场制备石墨烯纳米导热材料的性能测试39-43
  • 2.4 本章小结43-46
  • 第3章 DABP液晶功能化石墨烯纳米导热材料的制备与性能研究46-68
  • 3.1 引言46-47
  • 3.2 实验部分47-51
  • 3.2.1 实验材料与仪器47-48
  • 3.2.2 制备与表征48-50
  • 3.2.3 材料结构与性能表征方法50-51
  • 3.3 结果与讨论51-65
  • 3.3.1 4,4’-二烯丙氧基联苯(DABP)的结构表征51-53
  • 3.3.2 4,4’-二烯丙氧基联苯(DABP)的液晶性表征53-54
  • 3.3.3 液晶功能化石墨烯复合材料的表征54-58
  • 3.3.4 石墨烯纳米导热复合材料的性能测试58-61
  • 3.3.5 施加剪切力场制备石墨烯纳米导热材料的性能测试61-65
  • 3.4 本章小结65-68
  • 第4章 石墨烯包覆铜纳米粒子导热复合材料的制备及其性能研究68-78
  • 4.1 引言68-69
  • 4.2 实验部分69-71
  • 4.2.1 实验材料与仪器69-70
  • 4.2.2 制备与表征70
  • 4.2.3 材料结构与性能表征方法70-71
  • 4.3 结果与讨论71-77
  • 4.3.1 石墨烯包覆铜纳米粒子/氮化铝复合材料的导热性能71-72
  • 4.3.2 石墨烯包覆铜纳米粒子/氮化铝复合材料的扫描电子显微镜(SEM)测试72-73
  • 4.3.3 石墨烯包覆铜纳米粒子/氮化铝复合材料的电阻73-74
  • 4.3.4 石墨烯包覆铜纳米粒子/氮化硼复合材料的导热性能74-75
  • 4.3.5 石墨烯包覆铜纳米粒子氮化硼导热材料的扫描电子显微镜(SEM)测试75-76
  • 4.3.6 石墨烯包覆铜纳米粒子氮化硼复合材料的电阻76-77
  • 4.4 本章小结77-78
  • 第五章 结论与展望78-82
  • 5.1 结论78-81
  • 5.2 展望81-82
  • 参考文献82-86
  • 致谢86-88
  • 攻读硕士学位期间的研究成果88

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