【摘 要】
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第五代移动通信技术的兴起引领现代电子设备朝着超小型化、高集中化和多功能化的方向高速发展。传统的导热材料无法满足现代电子设备的热管理要求,以高分子聚合物为基体的导热复合材料由于优异的电绝缘性以及易赋能等特点成为解决电子设备散热问题中的首选方案。本工作从多维纳米填料构成导电网络制备导电纳米复合材料中获得启发,设计二维氮化硼（BN）和一维银纳米线（Ag NW）构建三维导热网络,避免繁复步骤和不适合大量应
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第五代移动通信技术的兴起引领现代电子设备朝着超小型化、高集中化和多功能化的方向高速发展。传统的导热材料无法满足现代电子设备的热管理要求,以高分子聚合物为基体的导热复合材料由于优异的电绝缘性以及易赋能等特点成为解决电子设备散热问题中的首选方案。本工作从多维纳米填料构成导电网络制备导电纳米复合材料中获得启发,设计二维氮化硼（BN）和一维银纳米线（Ag NW）构建三维导热网络,避免繁复步骤和不适合大量应用的模版法。首先超声辅助液相法剥离氮化硼形成氮化硼纳米片（BNNS）以及多元醇法制备了银纳米线,并作为导热填料,然后以聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为基体,分别制备了BNNS/PDMS、Ag NW/PDMS和Ag NW/BNNS/PDMS三个不同的复合材料体系。通过多种表征手段研究了不同含量的填料对多维度纳米填料/聚二甲基硅氧烷材料体系微观形貌、热管理性能、力学性能以及电绝缘性能的影响,并通过不同的导热理论模型拟合计算界面热阻,探究影响复合体系导热性能的原因。通过SEM观察到,氮化硼单独作为填料会使氮化硼与PDMS基体的界面变得粗糙,而加入银纳米线改善了氮化硼与PDMS之间的界面,使得复合材料的导热系数增强;通过对BNNS/PDMS、Ag NW/PDMS和Ag NW/BNNS/PDMS三个不同复合材料体系的导热系数进行测定,发现2 wt%Ag NW/20 wt%BNNS/PDMS复合材料的导热系数达到了0.64 W m-1K-1,相比纯PDMS的导热系数增强了237%。通过有效介质理论模型以及Foygel模型,分别对BNNS/PDMS和Ag NW/PDMS、Ag NW/BNNS/PDMS三个复合材料体系的界面热阻进行计算,发现Ag NW/BNNS/PDMS复合材料体系的界面热阻从BNNS/PDMS、Ag NW/PDMS复合材料体系的5.47×10-7 m~2 K W-1、3.07×10-7 m~2 K W-1下降到了1.96×10-8 m~2 K W-1。相比纯PDMS基体,在PDMS基体中分别填充二维BNNS或者一维Ag NW,都在一定程度上增强了PDMS的拉伸断裂强度,但增加刚性填料导致了PDMS复合材料的拉伸断裂伸长率有所下降。而同时填充一维Ag NW和二维BNNS填料的复合材料中,随着Ag NW/BNNS含量的增加,复合材料的拉伸断裂强度与拉伸断裂伸长率均降低。对于复合材料的电绝缘性能而言,尽管在Ag NW/PDMS、Ag NW/BNNS/PDMS复合材料中加入了高导电性的Ag NW,但通过对复合材料的体积电阻率测定,发现BNNS/PDMS和Ag NW/PDMS、Ag NW/BNNS/PDMS复合材料仍具有很高的体积电阻率,在电绝缘体的体积电阻率范围之内。这说明一维Ag NW的加入并没有形成导电网络,只是与二维BNNS形成了导热网络,同时二者的协同效应提升了复合材料的热管理性能。
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