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随着集成电路技术的不断发展,电子设备向着超轻、小型化、多功能化、高集成度和高性能方向发展。微电子产品的持续小型化,由散热问题引发的设备运行效率低、使用寿命短等问题日益加重,人们迫切需要开发高导热的材料。高分子由于具有质轻价廉、耐化学腐蚀、电绝缘性和良好的加工性能等特点,用于开发轻质高导热材料具有显著的优势。但绝大多数高分子材料都是热的不良导体,其本征热导率低于0.5 W/mK,远远不能满足作为散热材料的需求。目前,提高高分子材料导热性能的主要方式是通过共混的方式引入高导热系数的填料。但由于界面热阻的存在,复合材料导热系数的提高往往依赖于高含量导热填料的引入。但高含量填料的引入显著增加基体的粘度,并使复合材料的加工性能、机械性能变差。因此,在尽可能地降低填料含量的情况下提高复合材料的导热性能,具有十分重要的意义。而要制备满足要求的导热复合材料,关键是在聚合物基体中构筑高效的导热网络结构。本论文围绕高效导热网络结构的构筑及其对聚苯乙烯(Polystyrene,PS)导热性能的影响开展研究工作。首先研究了制备方法对填料网络结构的调控,在此基础上,通过引入不同维数的纳米填料即石墨烯纳米片(Graphene nanoplatelets,GNPs)和碳纳米纤维(Carbon nanofibers,CNFs)构筑了填料的杂化网络结构,研究了杂化网络结构对提高PS复合材料导热性能的协同作用;最后,针对PS导热复合材料抗冲击性能差的问题,通过引入马来酸酐接枝的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(Maleic anhydride grafted styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer,SEBS-g-MAH)制备三元复合材料,研究了SEBS-g-MAH对复合材料导热性能和力学性能的影响规律和作用机制。主要研究成果如下:(1)通过一步法(溶液共混)和两步法(溶液共混随后熔融共混)分别制备了PS/GNP-S和PS/GNP-SM复合材料。研究发现,PS/GNP-S复合材料的热导率、电导率及玻璃化转变温度(Glass transition temperature,T_g)均高于PS/GNP-SM复合材料。通过流变性能测试和微观形貌表征发现,与PS/GNP-SM复合材料相比,PS/GNP-S复合材料中GNPs的分散较差,但GNPs形成了较为完整的网络结构。分析认为,溶液共混虽然不利于GNPs在复合材料中的均匀分散,但通过相邻GNPs的接触,有利于在复合材料中构筑高效的网络结构。熔融共混过程中,剪切应力的存在进一步促进了GNPs的均匀分散,但一定程度上破坏了GNPs的网络结构。通过Agari模型和Chu模型进一步验证了PS/GNP-S复合材料中存在致密的GNPs网络结构,且GNPs与PS基体间的界面热阻相对较低,这是PS/GNP-S复合材料具有较高的导热性能的根本原因。(2)将GNPs和CNFs填料同时引入PS基体中构筑杂化网络,通过溶液共混法成功制备了PS/GNP/CNF导热复合材料。导热、导电性能测试表明,PS复合材料具有良好的导电性能和导热性能。一方面,PS/GNP/CNF复合材料的导电逾渗阈值大大降低;另一方面,CNFs与GNPs在提高复合材料导热性能方面具有良好的协同效应。此外,PS/GNP/CNF复合材料的T_g和维卡软化点(Vicat softening point,T_v)也得到了显著提高。通过微观形貌表征和流变行为研究发现,CNFs能附着在片状GNPs上,并与GNPs在三元复合材料中形成致密的网络结构,这种杂化网络结构有利于提高PS复合材料导热性能。实际应用中,PS/GNP/CNF复合材料有望作为微电子器件的散热材料,在高温、高负荷等复杂条件下具有巨大的应用潜力。(3)针对PS抗冲击性能差的特点,提出对PS/CNF导热复合材料进行增韧改性。通过熔融共混法制备了PS/SEBS-g-MAH/CNF三元复合材料。导热性能测试表明,SEBS-g-MAH的加入能进一步提高PS/CNF复合材料的导热性能。抗冲击性能测试表明,SEBS-g-MAH能有效提高PS/CNF导热复合材料的无缺口冲击强度。通过流变性能测试和微观形貌分析发现,SEBS-g-MAH可以诱导CNFs沿弹性体相周围分布,使CNFs形成局部搭接网络,从而进一步提高了复合材料导热性能。