低填充量的高導(dǎo)熱率聚合物復(fù)合材料因其廣泛的應(yīng)用前景而備受關(guān)注。三維(3D)互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以有效提高聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。本文提出了一種簡(jiǎn)便且可擴(kuò)展的方法，即，使用低成本的商用聚氨酯海泡沫(PU)制備石墨烯泡沫塑料(GF)。然后通過(guò)將環(huán)氧樹(shù)脂浸漬到GF結(jié)構(gòu)中來(lái)制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料。在6.8 wt%的低石墨烯負(fù)載量下，獲得了8.04 W m
-1 K
-1的超高導(dǎo)熱率，與純環(huán)氧樹(shù)脂相比，導(dǎo)熱率提高了約4473%。該策略為構(gòu)建高性能復(fù)合材料的3D填充網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了一種簡(jiǎn)便、低成本和可擴(kuò)展的方法，在先進(jìn)電子封裝上具有廣闊的應(yīng)用前景。
Fig. 1 GF/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備工藝。
Fig. 2 (a) PVP功能化石墨烯粉末與PVP的化學(xué)結(jié)構(gòu)。(b) GNPs的SEM圖。(c) PU泡沫，GNP涂層泡沫和石墨烯泡沫在空氣中HF加熱(上圖和(d))和在Ar中緩慢加熱(下圖)的照片。在HF加熱處理前后的GNP的(e)拉曼光譜和(f) FTIR光譜。
Fig. 3 (a) PU泡沫、(b) GNP涂層泡沫、(c) GF、(d) GF/環(huán)氧復(fù)合材料的低倍SEM圖；(e) PU泡沫、(f) GNP涂層泡沫、(g) GF、(h) GF/環(huán)氧復(fù)合材料的高倍SEM圖；(i)純環(huán)氧樹(shù)脂與GF/環(huán)氧復(fù)合材料的TGA曲線(xiàn)。
Fig. 4 (a) GF/環(huán)氧復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)(TC)和熱擴(kuò)散系數(shù)(TD)。(b)不同加載量的GF/環(huán)氧復(fù)合材料的熱擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系。(c) GF/環(huán)氧復(fù)合材料和純環(huán)氧材料在多次加熱和冷卻循環(huán)后的導(dǎo)熱系數(shù)。(d)純環(huán)氧、GNP/環(huán)氧復(fù)合材料、GF/環(huán)氧復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)和TCE。(e) GNP/環(huán)氧樹(shù)脂與GF/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)模型。(f) GF/環(huán)氧復(fù)合材料與其他石墨烯-環(huán)氧復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的比較。
Fig. 5在純環(huán)氧樹(shù)脂、GNP/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料和GF/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料表層中心處測(cè)量的(a)熱輸運(yùn)演化和(b)實(shí)驗(yàn)確定的溫度-時(shí)間曲線(xiàn)。(c) GF/環(huán)氧復(fù)合材料的溫度-時(shí)間曲線(xiàn)與計(jì)算仿真曲線(xiàn)的比較。
相關(guān)研究成果于2019年由中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所Jinhong Yu課題組，發(fā)表在Nanoscale (DOI: 10.1039/c9nr03968f )上。原文：Graphene foam-embedded epoxy composites with significant thermal conductivity enhancement
