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发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有能耗低、寿命长及环保等优点，有望成为二十一世纪新一代固态节能绿色照明光源而越来越受到关注。为满足照明需求，LED日趋于高亮度、大功率的方向发展。随着LED的功率上升，其散热问题也日渐突出，严重影响了LED的性能及寿命，限制了其的发展。所以，散热问题是LED实现照明应用的关键，有效解决LED的散热问题具有重要的意义。 本文围绕大功率LED的散热问题，研究制备了可用于大功率LED散热封装的热界面材料（Thermal Interface Materials，TIM）—导热硅脂与导热贴片，同时针对LED的封装结构进行热模拟分析，旨在提出合理的LED散热封装设计。文中采用离子交换法及交替微波加热法分别制备碳包铜纳米粒子(Cu@C)与石墨烯，并将其用于制备包括石墨烯导热硅脂、石墨烯导热贴片及Cu@C导热硅脂的系列热界面材料。通过各种分析测试表征手段，如XRD、SEM、BSE、TEM、DSC及TGA等，分析了热界面材料中填料的分散性，热界面材料的热稳定性及导热性。为了研究界面材料的实际散热能力，将制备的系列界面材料用于40W LED路灯散热封装，考察其实际散热效果。最后，采用ANSYS有限元模拟软件对热界面材料导热性能、LED输入功率、空气对流系数及芯片集成方式等影响LED散热的因素进行热模拟分析，探讨各因素在影响LED散热时的热学行为。 通过实验研究发现:1）表面活性剂KH-550能有效改善填料（石墨烯与Cu@C）在热界面材料中的分散性及相容性;2）采用离子交换法与交替微波加热法制备Cu@C与石墨烯，能有效解决其制备效率低的问题，有助于Cu@C与石墨烯的广泛应用;3）制备的系列热界面材料具有较高的导热系数，石墨烯导热硅脂、石墨烯导热贴片及Cu@C导热硅脂的最高导热系数分别为2.78W/(m·k)、1.55W/(m·k)及1.95W/(m·k)，对应的填料填充量分别为2.0wt％、1.5wt％及200wt％，且制备的系列热界面材料具有良好的热稳定性;4）制备的系列界面材料导热系数高于2.5W/(m·k)时，能满足LED的散热封装，且导热硅脂的散热效果优于导热贴片;5）通过ANSYS对影响LED散热的系列因素进行模拟分析发现，输入功率大于3W的LED灯珠存在严重的散热问题，为进一步满足大功率高强度的LED照明要求，需采用LED集成封装工艺。对于这种封装工艺，在散热设计时选用导热系数大于3.0 W/(m·K)的热界面材料，风冷空气对流系数高于50 W/m2·℃，集成芯片间距大于6mm，LED整体器件具有良好的散热效果。