不断微型化、密集化、高频化、功能化的电子元器件使得电子设备中热点和冗余热已严重影响其内部器件的寿命和可靠性。2016年《自然》指出:由于散热问题无法解决,“Moore定律”即将消失。为保证电子设备快速地持续发展,电子设备的有效热管理已成为该领域中亟待解决的重要问题,其中电子封装材料的开发成为实现有效热管理中的重要一环。基于应用的考量,高分子基复合材料由于兼顾轻量化、绝缘性、抗冲击性、易加工、可设计等优点,在电子封装中备受关注。目前,限制高分子基复合材料导热性能的关键科学问题包括:聚合物本征热导率低、界面热阻的精确控制以及微观结构的有效调控。如何基于这三个关键科学问题,突破高分子本征热导率低的限制,同时实现其热导率的有效调控以满足实际需求,成为高分子封装材料研究中最重要的目标。单晶金刚石由于具有极高热导率、良好的绝缘性和较为低廉的价格,是一种有潜力的高分子封装材料的填充体。因此,本文选择单晶金刚石/高分子基复合材料为研究体系,针对微观结构调控这个关键科学问题,提出三种不同的金刚石微观分布状态,选择合理的制备方法,实现一维定向排布结构、层状平行分布结构和三维通道结构的构筑,以及复合材料的导热性能、电学性能的研究,为金刚石/高分子基复合材料的多尺度结构设计奠定基础。论文分为如下几个部分:选择外置磁场辅助法以实现金刚石一维定向排布结构构筑的目标,采用化学共沉淀法对金刚石颗粒进行磁性纳米颗粒的负载,解决金刚石对外置磁场不响应的技术问题。结果表明,制备的复合材料中金刚石颗粒沿磁场方向呈现良好的柱状“颗粒束”对齐组装,成功地实现了一维定向排布结构的构筑。通过填充量的调节,研究了柱状“颗粒束”结构的变化规律,同时发现:复合材料的导热性能明显提高,5.1 vol%填充量的磁性定向金刚石/硅凝胶复合材料比随机分布的同体系复合材料高250%,填充量为14 vol%的复合材料的面外方向上的热导率可达1.37W/m K;虽然引入了磁铁矿,复合材料的电阻率仍处在绝缘范围内。以实现金刚石层状平行分布结构的构筑为目标,采用蒸发自组装法预先构筑了金刚石密堆积层,解决了金刚石颗粒层状可调控的技术问题,并通过手糊成型和机械切割解决了金刚石密堆积层沿面外方向平行分布的技术问题。结果表明,成功地实现了金刚石颗粒层状平行分布结构的构筑,具有这种结构的复合材料的导热性能具有明显的各向异性,当金刚石的填充量为24.7 vol%时,层状平行分布结构复合材料的面外热导率为2.0 W/m K,比均匀分布的同体系复合材料提高了335%。以层状平行分布结构的金刚石/硅凝胶复合材料为研究对象,基于ANSYS Workbench软件,采用有限元模拟的方法,通过构建多尺度有限元模型研究了层厚度结构变量对复合材料面外热导率的影响及机理。并且通过制备具有不同金刚石层厚度和填充量的层状平行分布结构复合材料,对模拟结果进行验证。结果表明金刚石层厚度的减小可有效提高层状平行分布结构复合材料的热导率,当金刚石填充量为24.7 vol%时,金刚石层厚度为40μm的层状平行分布结构复合材料的面外热导率可达2.55 W/m K,比均匀分布的金刚石复合材料提高了454%。同时,在Ku波段复合材料的介电常数随金刚石层厚度的减小而增大,但变化幅度较小,其值在3.5之内,其tanδ值小（<0.1）,可用于微波电子封装中。选择模板法以实现金刚石三维通道结构构筑的目标,以化学气相沉积的三维石墨烯为模板,采用真空辅助抽滤法,解决了金刚石纳米颗粒三维堆积的技术问题。结果表明,金刚石纳米颗粒沿石墨烯壁密堆积,成功地实现了金刚石颗粒三维通道结构的构筑。具有双通道三维导热网络结构的复合材料的传热性能明显优于均匀分布的同体系复合材料,当金刚石和石墨烯的总填充量为1.97 vol%时,所得到的三维双通道结构复合材料的热导率可达0.279 W/m K,热导率增长效率为74.33%。三维双通道结构复合材料的导电性能没有受到金刚石引入的影响,其电导率为0.256 S/cm。以三维双通道结构金刚石/石墨烯/环氧树脂复合材料为研究对象,采用单轴压缩石墨烯模板的方法来实现金刚石/石墨烯/环氧树脂复合材料中三维双通道结构密度的调节。结果表明,随着三维双通道结构密度的增加,复合材料面内、面外方向热导率及各向异性系数随之升高,伴随而来的是机械性能的下降。