【摘 要】
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微电子元器件封装密度的提高和设备微小化是便携式电子产品主要的发展方向,在提高器件功率密度值的同时势必产生散热问题。因此,确保设备产生的热量能够高效排出已经是微电子行业的瓶颈问题。研究发现,通过添加高导填料而制备的聚合物基复合材料广泛应用于导热材料领域。本文建立了石墨烯/聚醚醚酮（PEEK）界面模型,模拟研究不同石墨烯层数以及不同官能团处理石墨烯对对界面导热性能的影响;随后借助有效介质理论计算石墨烯
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微电子元器件封装密度的提高和设备微小化是便携式电子产品主要的发展方向,在提高器件功率密度值的同时势必产生散热问题。因此,确保设备产生的热量能够高效排出已经是微电子行业的瓶颈问题。研究发现,通过添加高导填料而制备的聚合物基复合材料广泛应用于导热材料领域。本文建立了石墨烯/聚醚醚酮（PEEK）界面模型,模拟研究不同石墨烯层数以及不同官能团处理石墨烯对对界面导热性能的影响;随后借助有效介质理论计算石墨烯/PEEK复合材料的导热性能并进行实验验证,主要的研究结果如下:首先,采用分子动力学模拟对PEEK聚合物导热性能进行预研究,结果表明,分子链长度增加、温度的降低,PEEK的导热性能提高。然后,通过分子动力学模拟研究石墨烯/PEEK界面导热性能,结果表明:石墨烯层数的增加使得填料与基体的界面吸附作用更强,提高了石墨烯和PEEK界面振动能谱重叠度,降低了界面热阻。对单层石墨烯进行官能化建模,研究其对界面导热性能的影响,结果表明:不同官能团的接枝都降低了石墨烯界面热阻,提高了界面导热性能,其中,硅烷偶联剂处理羟基化石墨烯体系（KH560-OH-G）的界面导热性能最优,该官能团体系下石墨烯与PEEK有着最强的氢键相互作用和范德华相互作用,改进了界面声子热耦合,显著降低了界面热阻。其次,通过有效介质理论研究复合材料的导热性能。不同层数石墨烯体系的预测结果表明:石墨烯的径厚比是影响界面导热系数的主要因素,当径厚比相同时,多层石墨烯可提高复合材料导热性能,当径厚比达到2000时,15层石墨烯/PEEK复合材料导热系数达到1W（m.K）。官能化体系的结果表明:石墨烯尺寸的增加,提高了复合材料的导热系数,当石墨烯尺寸较小时,热流通过复合材料界面概率大,界面热阻的高低决定着复合材料的导热性能,官能团能够发挥出更重要的作用;随着石墨烯尺寸达到临界值时,复合材料界面数量减少,填料的导热性能取代界面热阻决定着复合材料的导热性能,官能团的作用将不明显。在KH560-OH-G体系中,当石墨烯尺寸达到4um左右时,KH560-OH-G体系导热系数的增加速度低于未处理石墨烯体系。最后,通过溶液共混制备了石墨烯/PEEK复合材料,测试结果表明:随石墨烯填料体积分数的增加,石墨烯/PEEK复合材料的导热系数提高。Gf-3（石墨烯径向尺寸3-5um、层数为1-3,体积分数3%）体系的导热系数为0.4543W/（m.K）,当体积分数为5%的,该体系的导热系数为0.5881W/（m.K）,增加了29.4%,该增长趋势与模拟预测值相似,验证了分子动力学模拟的准确性。
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