随着电子电器微型化、密集化程度的提高,对相关器件导热性能和电学性能的要求也越来越高,亟待设计出性能优良的多功能导热高分子材料以应用于不同的电、热场合。传统的填充型功能高分子材料通常是加入高含量的单一组分填料,这样既增加了材料加工难度,又大大破坏材料机械性能。本论文旨在设计多层次、多维度的新型导热结构,调控多组分、多尺度界面,以提高填料在聚合物基体中的分散性和相容性。选用常见的聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)及聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为聚合物基体,高导热氮化硼纳米片(BN)为导热填料,多壁碳纳米管(MWCNT)及钛酸钡(BT)为介电填料,通过熔融共混、旋涂、静电纺丝及溶胶凝胶工艺制备出双连续、多层、取向、三维网格(3D)等不同结构多功能高导热复合材料。系统深入研究了新型耦合导热结构对聚合物基复合材料电学、力学、热学性能的影响规律,从微观-介观-宏观尺度分析其作用机制。主要研究进展如下:1)采用超声剥离法制备氮化硼纳米片(BNNSs),选择不相容嵌段共聚物苯乙烯-乙烯-丁二烯(SEBS)和PP作为聚合物基体,通过双连续结构设计,选择性控制BNNSs纳米填料的分散状态,制备出导热性能和电绝缘性能优良的聚合物复合材料。研究发现BNNSs引入不仅可以有效提高复合材料的导热能力,同时还加剧了正电荷迁移和积聚,有效抑制直流高场强下复合材料中空间电荷的形成,使得击穿强度由190 kV/mm提高至220 kV/mm,另外,BNNSs的加入对复合材料的介电常数和介电损耗影响较小。2)通过多层结构设计,研究了层结构和外层填料含量对复合材料介电性能和导热性能的影响。选择修饰改性的m-MWCNT和m-BN作为填料,PVDF为基体,采用旋涂工艺制备具有多层结构的复合薄膜。结果表明,外层含有10 wt%m-BN填料、中间层含有5 wt%m-MWCNT的三明治结构复合薄膜具有较高的介电常数。进一步地,随着外层m-BN含量的提高,复合薄膜的面内热导率和击穿性能显著提高。3)通过取向结构设计,探究了填料分散和取向对复合材料导热性能的影响。采用PVDF为基体,m-BN为填料,融合静电纺丝和热压工艺,调控填料在高分子基体中的分散状态,得到具有较好取向的多层结构复合材料。结果表明,该方法能够有效的提高复合材料的导热和击穿性能。4)通过并列取向结构(Janus)设计,综合取向和双连续优势,进一步优化了复合材料的导热和介电性能。将高导热改性氮化硼(m-BN)和高介电钛酸钡(m-BT)分别分散到PS及PVDF基体中,结合并列-静电纺丝和热压成型工艺成功制备多层取向的复合薄膜。结果表明,这种并列取向结构显著提高了其热导率和介电常数,该Janus结构设计为发展性能优异的复合材料提供了新思路。5)通过3D结构设计,结合球磨工艺和冰模板技术,提出了有效提高复合材料厚度方向热导率的方法。所制的气凝胶质轻、孔隙率大,经硅橡胶填充后仍能保持较好的网格结构。结果表明,BN/BT(2/1)复合材料具有理想的导热和介电性能;进一步探究了填料维度的影响,发现相对于零维BT纳米颗粒,一维BT纤维与BN之间存在优异的协同作用。这为制备高性能复合材料提供了有效途径。