石墨烯/环氧树脂界面结构传热特性研究

来源 :江苏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangxi0922
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着5G时代的到来,电子元器件正朝着高频率、数字化的方向快速发展。芯片的集成度越来越高,其分布密度也在不断增加,使得热量在快速聚积,温度迅速升高,热失效成为其主要的失效形式之一。而在电子元器件散热过程中起到关键性作用的便是界面结构,因此,利用热界面材料提高界面热导及电子元器件的散热能力已是大势所趋。环氧树脂由于具有粘合强度高、易固化、成本低等优点已经广泛地用于电子器件的散热,是最常见的热界面材料之一。然而,像环氧树脂这样的聚合物热导率较低,传热效率不理想,极大的限制了它们的应用。因此,对热界面材料提出了更高的热性能要求。而利用填料调整聚合物各种性能的复合材料已广泛应用于学术和工业领域。由于潜在的多功能性和重量优势,石墨烯、碳纳米管等高导热性填料的加入可以显著提高聚合物的导热能力。这将在提升微纳电子元器件的使用性能及寿命等方面产生重大的意义,使得高导热性填料提高聚合物的导热能力的研究也逐渐成为一个重要研究课题。本文通过层数、缺陷和尺寸等构造了多种石墨烯/环氧树脂界面结构模型,并通过分子动力学方法来研究石墨烯、环氧树脂的热导率以及石墨烯/环氧树脂的界面热导。具体工作如下:(1)研究缺陷、尺寸和层数对石墨烯的热导率及交联度对环氧树脂的热导率的影响。研究结果显示,当缺陷浓度小于1%时,石墨烯的热导率大大降低。当缺陷浓度继续增大时,石墨烯的热导率下降的趋势变缓。从不同缺陷浓度下的热导率的曲线中发现,缺陷种类对石墨烯热导率的影响为SV>DV>MV>SW。在研究石墨烯尺寸效应时发现,石墨烯热导率随长度增长而增加。而在研究层数对石墨烯的热导率的影响时发现,随着石墨烯层数的增加,其热导率却随之减小。特别是由单层石墨烯向双层石墨烯转变时,热导率下降最快。在石墨烯层数超过四层之后,随着层数的继续增加,此时多层石墨烯的热导率也逐渐的趋于稳定。研究交联度对环氧树脂的热导率的影响时发现,热导率随交联度的增加而近似成线性增加,增加了约40%。(2)计算交联度及尺寸对石墨烯/环氧树脂的界面热导的影响。研究结果显示,随着交联度的增加,界面热导在不断增加。在此基础上,以交联度为60%时的环氧树脂为标准,研究了尺寸对界面热导的影响。研究结果显示,当石墨烯的宽度固定时,在长度达到25.56?之前,随着石墨烯长度的增加,界面热导也在随之增加。当石墨烯长度在大于25.56?,随着石墨烯长度的增加,石墨烯/环氧树脂的界面热导已经趋于稳定,在119 MW/m~2K附近波动。因此,可以通过改变环氧树脂的交联度和石墨烯尺寸起到调节界面热导的作用。(3)计算缺陷及层数对石墨烯/环氧树脂的界面热导的影响。研究结果显示,与原始石墨烯相比,通过在石墨烯中引入SW缺陷,石墨烯/环氧树脂的界面热导会得到明显改善。然而,在引入SV、DV和MV缺陷后,石墨烯/环氧树脂的界面热导变化不大。在此基础上,研究了石墨烯和含有SW缺陷的石墨烯的层数对界面热导的影响。研究结果显示,随着层数的增加,其界面热导大大降低。特别是当石墨烯层数在少于三层时,石墨烯/环氧树脂的界面热导在快速下降。当两个系统的层数超过四层时,其界面热导逐渐变得稳定。当石墨烯层数低于两层时,SW缺陷的界面热导比原始石墨烯的界面热导要大。当石墨烯层数超过两层时,SW缺陷的界面热导变得比原始石墨烯的界面热导低。以上研究结果为对改善石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的传热特性具有重要意义,同时为电子元器件的制造及热能控制和管理方面提供一定的参考价值。
其他文献
近几年,房屋建筑工程在施工阶段出现了大量的质量问题,严重危害了人民的生命和财产安全,为提高施工质量风险管理水平,国家颁布并实施了诸多政策,但效果不尽人意。现阶段,还未有足够成熟的施工质量风险评价体系,建筑工程施工质量风险事故发生的频率也未得到有效控制,因此,应尽快建立切实可行的建筑工程施工质量风险评价体系。本文以结构方程模型全面分析了影响因素,并构建了建筑工程施工质量风险评价体系,运用修正前后的模
学位
工业机器人作为“工业4.0”九大支柱之一,目前还主要在结构化环境中进行作业,其灵活性、智能决策能力和环境适应性还未能达到人们的预期,因此亟需开展机器-环境融合的机器人研究。但时至今日,小型智能化的软体机器人开发仍面临诸多挑战,尚未能广泛应用于现实环境。上世纪90年代开始,有关微型机械电子系统的研究日渐深入,才为小型软体机器人的设计与制作提供了可能。本文针对现有软体机器人结构复杂、功耗大、难以精确控
学位
近年来,非线性偏微分方程组中古典解,全局解的存在性和性质研究是非线性分析中的热点问题之一。本文运用非线性分析的方法,研究一类非线性抛物型方程组解的存在性和性质问题。研究内容主要包括古典Lq解的适定性、光滑性、古典解无穷范数的有界性、全局解的存在性以及零解的渐近稳定性。本文的第一部分在有界区域上证明古典Lq解的适定性以及光滑性。一方面,运用不动点定理、抛物方程的正则性理论、热半群的相关理论以及解对初
学位
近年来,随着仿生学和智能柔性材料的深入研究,软体机器人由于其高灵活性、强环境适应性和安全人机交互性等诸多优势引起了人们广泛的关注。本文针对现有的软体机器人无法实现既能在地面上爬行又能在管道外攀缘的多形态运动问题,提出了一种气动仿生软体爬攀机器人解决方案。论文从软体致动器、摩擦腹足以及爬攀机器人的结构设计与制备;软体致动器的建模与性能分析;控制系统的设计与搭建以及爬攀机器人的实验研究等方面进行研究,
学位
三维五向编织复合材料是利用编织技术将纤维束沿不同方向编织成型,结合液态成型技术,浸渍固化后形成的一种新型纺织复合材料结构。由于三维五向编织复合材料具有优异的力学性能,良好的经济性和结构可设计性被广泛应用在航空航天、船舶以及能源等领域。由于在纤维束编织成型方向加入了一组不参与编织的轴向纱,有效增强了三维五向编织复合材料轴向的刚度和强度等力学性能,因此,编织复合材料被作为主承力构件在工程中广泛应用。本
学位
随着科学技术的发展,雷达天线系统在现代军事领域中占据着越来越重要的地位。为研制高性能、高可靠性的雷达天线系统,需要提供高精度的测试设备。而作为半物理模拟、测试的核心硬件设备三自由度平台,在雷达天线的性能测试过程中具有关键作用,因此对其机构学理论及控制算法的深入研究十分重要。本文以三自由度平台为研究对象,对以下内容进行研究:(1)根据功能要求,结合现有平台的结构、驱动方式,设计了一种适用于重载且结构
学位
苯并噁嗪树脂是一种新型热固性树脂,具备优异的阻燃性、固化时零收缩、低吸水率、固化不需要添加任何催化剂和优异的热稳定性等。灵活的分子设计性是苯并噁嗪树脂多功能化的一把钥匙,通过官能团的灵活运用可以使苯并噁嗪树脂的多功能性发挥到极致。近些年来,随着环保意识的增强以及各国对石油资源的管控,可再生资源的利用成为了苯并噁嗪领域研究的热点,生物基苯并噁嗪的概念应运而生。本文通过新型苯并噁嗪分子设计,利用白杨素
学位
随着全球经济蓬勃发展,经济空间分异加剧、资源承载能力持续下降以及环境投入成本不断增加等问题对社会发展造成了冲击,可持续发展在应对这些问题上成为全球共识。如何实现经济与环境的可持续发展已成为相关领域学者与政策制定者广泛关注的焦点。对于中国而言,自改革开放40多年以来,经济高速发展,人均收入大幅增加。但在经济高速增长的同时,出现了区域发展分化,人口流动持续失衡以及资源和环境过度消耗等问题。基于上述问题
学位
自膨式NiTi合金支架逐渐被广泛用于治疗人体的外周动脉狭窄,但由于外周动脉复杂的生理环境与高频次的弯曲变形,传统结构的支架在植入后的治疗效果仍不理想,并且伴随着较高的疲劳断裂风险。因此本文设计了一种新型的具有多元结构的柔性支架,分析了新型支架在体外的支撑性能和弯曲行为,并在弥漫狭窄型和多重狭窄型外周血管环境中,研究了斑块的钙化程度和偏心率对支架扩张性、柔顺性能和疲劳性能的影响。本文的主要研究内容和
学位
电磁波的波长范围由几十纳米到若干千米,根据波长将其划分为:可见波、红外波、太赫兹和微波,由于波长横跨尺度大也决定了其研究范围能从原子尺度(伽马射线)横跨到宏观尺度(射频信号)。根据波长与研究尺度的关系,将其划分为三个研究领域:超波长、近波长和亚波长,而光子晶体作为亚波长光学结构里的一种而被广泛研究。本文针对光子晶体结构及其特性,采用Rsoft软件构建了以铌酸锂材料为切入点,探索了棱镜激发布洛赫表面
学位