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本征导热高分子材料研究进展

复合材料学报 2021年第7期38卷 2038-2055页

作者：周文英王蕴曹国政曹丹李婷张祥林西安科技大学化学与化工学院先进电工材料研究中心西安710054 咸阳天华电子科技有限公司咸阳712000

导热高分子复合材料因轻质、设计自由度大及易加工等优势获得了广泛的工业应用,但也面临着热导率k与介电强度Eb之间无法协同提高的严峻问题,严重影响和限制了其在高压电力绝缘设备领域的工业应用。而基于提高无序结构聚合物的结构有序... 详细信息

导热高分子复合材料因轻质、设计自由度大及易加工等优势获得了广泛的工业应用,但也面临着热导率k与介电强度Eb之间无法协同提高的严峻问题,严重影响和限制了其在高压电力绝缘设备领域的工业应用。而基于提高无序结构聚合物的结构有序性而获得本征导热高分子(ITCP)的策略,不但同步提高Eb及k,还保留了其自身卓越的综合性能。本文讨论了本征聚合物的导热机制,系统分析了本征k的影响因素,综述了两类不同结构ITCP的研究进展,探讨了聚合物微结构、取向、氢键作用、液晶基元及固化剂、加工方式等因素对本征k的影响机制,阐述了提高聚合物有序结构及本征k的途径。最后总结了当前ITCP研究中存在的问题及未来研究方向,综合性能优异的ITCP在高密度封装微电子、高电压及大功率电力设备等领域具有重要用途,代表了导热高分子的未来发展方向。

关键词：聚合物本征导热有序结构取向氢键液晶基元

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粗粒化模拟研究结晶聚乙烯的导热性能

科学通报 2022年第34期67卷 4140-4148页

作者：刘然陈鹏钱家盛安徽大学化学化工学院安徽省绿色高分子材料重点实验室合肥230601

聚乙烯(polyethylene, PE)作为应用最为广泛的聚合物材料,具有优良的力学和加工性能.为了研究聚乙烯材料的导热性能,构建了结晶聚乙烯的粗粒化模型,利用分子动力学模拟研究方法探索了结晶对聚乙烯本征导热性能的影响.首先,利用玻尔兹曼... 详细信息

聚乙烯(polyethylene, PE)作为应用最为广泛的聚合物材料,具有优良的力学和加工性能.为了研究聚乙烯材料的导热性能,构建了结晶聚乙烯的粗粒化模型,利用分子动力学模拟研究方法探索了结晶对聚乙烯本征导热性能的影响.首先,利用玻尔兹曼反演法和实验数据优化相结合的方法,建立了研究结晶聚乙烯导热性能的粗粒化模型.为了验证体系参数的正确性,通过测试粗粒化模型体系的玻璃化转变温度、热膨胀系数、均方回转半径、扩散系数以及导热系数等物性数据与实验和文献报道的数据进行比对分析.利用建立的结晶聚乙烯模型,研究了在拉伸形变过程中,结晶度和晶粒尺寸对聚乙烯结晶体系导热性能的影响,结果表明高结晶度的体系更容易被拉伸取向形成高导热体系.在相同结晶度下,球晶尺寸越大的体系,越容易形成高导热体系.模拟结果对于研究结晶高分子体系的本征导热性能具有重要的参考价值.

关键词：聚乙烯分子动力学粗粒化势场拉伸取向本征导热

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导热聚酰亚胺及其复合材料的研究进展

复合材料学报 2023年第11期40卷 6043-6060页

作者：凃思帆杨丹妮梁旭昀钟荣健胡德超林静佛山科学技术学院材料科学与氢能学院佛山528000 华南理工大学广东省高性能与功能高分子材料重点实验室广州510640 五邑大学应用物理与材料学院江门529020

随着电子设备朝着小型化、集成化和多功能化的趋势不断发展,实现电子材料的高导热性能对电子设备的稳定运行和使用寿命至关重要。聚酰亚胺(PI)因其优异的耐热性能和力学性能被广泛应用于热管理领域,然而传统PI的本征导热系数较低,难以... 详细信息

随着电子设备朝着小型化、集成化和多功能化的趋势不断发展,实现电子材料的高导热性能对电子设备的稳定运行和使用寿命至关重要。聚酰亚胺(PI)因其优异的耐热性能和力学性能被广泛应用于热管理领域,然而传统PI的本征导热系数较低,难以满足电子器件的快速散热需求,发展新型高导热PI及PI复合材料成为目前国内外的研究重点。本文从PI分子链结构、分子链取向及分子间相互作用等方面阐述了非晶型与液晶型两类本征型导热PI的制备与性能调控,系统探讨了填料表面修饰、杂化改性、取向设计、三维网络构筑等方法对PI复合材料结构与性能的影响规律,最后对高导热PI及PI复合材料研究中面临的挑战进行了总结与展望。

关键词：聚酰亚胺导热性能复合材料本征导热填料结构设计

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聚合物本征导热研究进展

高分子材料科学与工程 2022年第7期38卷 175-182页

作者：温变英崔云超北京工商大学化学与材料工程学院北京100048

从分子链结构、结晶、取向和分子间作用力等方面分析了影响聚合物本征导热系数的结构因素,总结了提升聚合物本征导热系数的一些方法,并对相关研究进行了展望。结果显示,通过聚合物合成阶段的分子结构设计、加工阶段的施加外场以及后期... 详细信息

从分子链结构、结晶、取向和分子间作用力等方面分析了影响聚合物本征导热系数的结构因素,总结了提升聚合物本征导热系数的一些方法,并对相关研究进行了展望。结果显示,通过聚合物合成阶段的分子结构设计、加工阶段的施加外场以及后期热处理等手段的合理控制,都可以使聚合物的本征导热系数得到有效提升,但大幅提高聚合物的本征导热能力还面临着巨大挑战。

关键词：本征导热分子结构加工条件有序排列

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聚酰亚胺导热材料的制备研究进展

高分子通报 2023年第8期36卷 979-997页

作者：李沐坤郭永强阮坤鹏顾军渭西北工业大学伦敦玛丽女王大学工程学院西安710072 北京航空航天大学化学学院北京100083 西北工业大学化学与化工学院西安710072

聚酰亚胺(PI)具有优异的绝缘性能、力学性能、耐热性能、耐辐射性能等,广泛应用于高精密智能控制系统、5G通讯终端与基站等领域。但PI材料的导热系数(λ)较低,无法满足当下及未来高功率电子电气设备的导热/散热需求。因此,研究开发新一... 详细信息

聚酰亚胺(PI)具有优异的绝缘性能、力学性能、耐热性能、耐辐射性能等,广泛应用于高精密智能控制系统、5G通讯终端与基站等领域。但PI材料的导热系数(λ)较低,无法满足当下及未来高功率电子电气设备的导热/散热需求。因此,研究开发新一代PI导热材料成为国内外的研究热点。本文系统总结了PI导热材料的研究进展,主要从本征型导热PI和PI导热复合材料两方面展开,介绍了相关概念、分类与影响因素,阐述了PI导热材料的制备及研究进展,分析了PI导热材料的内禀导热机理,最后总结了该领域内目前面临的挑战、展望了PI导热材料的发展方向。

关键词：聚酰亚胺本征导热导热复合材料导热系数

可循环回收利用的本征导热聚六氢三嗪树脂研究

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高分子学报 2021年第9期52卷 1156-1164页

作者：麻乐袁彦超刘诗博王振汉井长友刘述梅赵建青华南理工大学材料科学与工程学院广东省高性能与功能高分子材料重点实验室广州510641

采用多聚甲醛(PFA)和含有芳香酰胺特殊结构的4,4’-二氨基苯酰替苯胺(DABA)为原料,通过利用分子链间氢键强相互作用向树脂固化网络中引入局域微观有序结构增大声子传播自由程,合成一种新型本征导热聚六氢三嗪热固性树脂(DABA-PHT).通过... 详细信息

采用多聚甲醛(PFA)和含有芳香酰胺特殊结构的4,4’-二氨基苯酰替苯胺(DABA)为原料,通过利用分子链间氢键强相互作用向树脂固化网络中引入局域微观有序结构增大声子传播自由程,合成一种新型本征导热聚六氢三嗪热固性树脂(DABA-PHT).通过对树脂预聚过程和机理、固化工艺、导热性能、降解性能及循环回收利用性能的研究表明:水能够作为催化剂有效加速预聚反应、大幅缩短预聚时间,且酰胺N-H键未参与交联反应;DABA-PHT树脂易于合成和加工,且具有良好的力学、耐热、降解和循环回收利用性能,热导率达到0.38 W·m^(-1)·K^(-1),接近普通环氧树脂的2倍,有望用来制备可循环回收利用的高热导率热固性树脂基复合材料.

关键词：聚六氢三嗪可循环回收利用本征导热氢键相互作用

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环氧基导热复合材料的制备与性能研究

环氧基导热复合材料的制备与性能研究

作者：申小松天津大学

学位级别：硕士

近年来,电子设备在运行过程中普遍存在热量积累问题,因此要求电子材料具有良好的导热性能。环氧树脂(EP)能够满足电子材料高绝缘性、良好临界电气特性、低膨胀性等特性,但是环氧树脂的导热系数(TC)很低,严重限制了其在导热领域的应用。... 详细信息

近年来,电子设备在运行过程中普遍存在热量积累问题,因此要求电子材料具有良好的导热性能。环氧树脂(EP)能够满足电子材料高绝缘性、良好临界电气特性、低膨胀性等特性,但是环氧树脂的导热系数(TC)很低,严重限制了其在导热领域的应用。目前提高环氧树脂导热系数主要有本征型和填充型两种方法,其中本征型是通过改变分子链的结构来提高导热系数,填充型是靠添加导热填料提高导热系数。本征导热环氧树脂存在合成复杂、成本高和重复性差等问题,而填充导热复合材料使用普通的环氧树脂结合填料实现高导热,存在界面热阻高、树脂/填料界面结合性差等问题。针对上述问题,本论文创新性地采用本征型和填充型协同的策略,首先通过环氧树脂的改性获得较高的环氧树脂本征导热系数,并在上述基础上填充导热填料实现良好的复合材料界面相容性,获得系列环氧基导热复合材料。论文主要内容如下:首先,采用4,4’-二羟基联苯对环氧树脂进行改性,以增加分子链的“有序性”,减少声子的散射,提高环氧树脂自身的导热系数。改性环氧树脂(MEP)的导热系数达到0.29 W/(m·K),比传统环氧树脂(EP,0.20 W/(m·K))提高了45.0%。伴随导热填料膨胀石墨(EG)的加入,MEP/EG复合材料的导热系数最高达到了2.59W/(m·K),比EP/EG(1.88 W/(m·K))提高了37.7%。此外,MEP的疏水和防腐性能也得到了一定的改善。然后,分别以EP和MEP为基体树脂、碳化硅泡沫(f-Si C)为骨架、氮化硼(BN)为导热填料和纳米碳化硅(nano-Si C)为纳米增强填料,将三维网络与微-纳增强相结合制备了高导热复合材料。MEP/f-Si C/BN/nano-Si C复合材料的导热系数达到4.83 W/(m·K),比EP/f-Si C/BN/nano-Si C(3.50 W/(m·K))提高了38.0%。导热系数和红外热成像图结果表明MEP/f-Si C/BN/nano-Si C复合材料具有优异的导热性能。同时,复合材料还具有良好的热稳定性。最后,合成了甲基丙烯酸锌(ZDMA)代替普通胺类固化剂(聚醚胺,D230)来固化环氧树脂。EP/ZDMA的导热系数为0.27 W/(m·K),比EP/D230(0.21 W/(m·K))提高了28.5%。添加导热填料氮化硼(BN)之后,EP/ZDMA/BN复合材料的导热系数达到了2.41 W/(m·K),比EP/D230/BN提高了67.3%。此外,EP/ZDMA/BN复合材料还具有良好的热稳定性。

关键词：环氧树脂本征导热填充导热复合材料

同方学位论文库评论

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聚乙烯刚-柔嵌段体系的导热性能研究

塑料工业 2021年第7期49卷 76-80页

作者：刘然陈大业李杰王正左玉鑫陈鹏钱家盛安徽省绿色高分子材料重点实验室安徽大学化学化工学院安徽合肥230601

为了探究聚乙烯材料的结构和导热性能之间的关系,构建了聚乙烯刚-柔嵌段模型,利用分子动力学方法探索了刚-柔嵌段结构对聚乙烯本征导热性能的影响。研究表明,不同刚-柔嵌段结构对聚乙烯体系的导热性能有较大影响;此外,通过机械拉伸及分... 详细信息

为了探究聚乙烯材料的结构和导热性能之间的关系,构建了聚乙烯刚-柔嵌段模型,利用分子动力学方法探索了刚-柔嵌段结构对聚乙烯本征导热性能的影响。研究表明,不同刚-柔嵌段结构对聚乙烯体系的导热性能有较大影响;此外,通过机械拉伸及分子链间形成氢键两种方式,都可以使体系的导热性能得到显著提升。研究结果为实验中设计和制备高本征导热型聚合物材料提供了重要的参考价值。

关键词：聚乙烯分子动力学刚-柔嵌段本征导热

分子动力学模拟研究结晶聚乙烯的导热和力学性能

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分子动力学模拟研究结晶聚乙烯的导热和力学性能

作者：刘然安徽大学

学位级别：硕士

高分子材料具有低成本、低密度、耐腐蚀、易加工等优势,广泛应用于各个领域。但是传统高分子材料导热性能较差,影响了其在散热领域的应用,限制了使用范围。经研究发现,对高分子材料进行有序化处理能提升导热和力学性能。因此,本论文使... 详细信息

高分子材料具有低成本、低密度、耐腐蚀、易加工等优势,广泛应用于各个领域。但是传统高分子材料导热性能较差,影响了其在散热领域的应用,限制了使用范围。经研究发现,对高分子材料进行有序化处理能提升导热和力学性能。因此,本论文使用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)方法,通过精确控制高分子材料的微观结构,实现有序化,探究了材料结构和性能之间的关系。主要内容如下:首先,本论文基于聚乙烯全原子模型,通过玻尔兹曼反演法结合实验数据优化迭代的方式,建立聚乙烯粗粒化(Coarse-Grained,CG)力场。通过玻璃化转变温度(T)、热膨胀系数()、均方回转半径(R)、扩散系数(D)等热力学性质以及无规块状体系和结晶体系的导热及力学性能的表征,充分验证势能参数的准确性和合理性,为聚乙烯复杂结晶体系结构性能的研究奠定基础。其次,建立聚乙烯球晶体系的粗粒化模型,即不同结晶度和不同晶区尺寸的模型,使用开发的粗粒化力场,对球晶模型的导热及力学性能进行探究。研究结果表明,结晶度会影响体系的导热性能。对结晶体系进行拉伸可以提高体系的热导率和力学性能。研究发现在拉伸过程中,非晶区比晶区更容易取向。从微观角度分析了球晶结构对体系导热及力学性能的影响。最后,受球晶体系拉伸动力学启发,设计两种聚乙烯刚-柔嵌段模型。通过机械拉伸和氢键交联两种方式,减小界面热阻,提高材料导热性能。结果表明,两种处理方式使得刚-柔嵌段模型的热导率显著提升。该研究结果为设计新型高导热材料提供了理论基础。本论文系统研究了结晶聚乙烯的导热及力学性能,分析了复杂结晶结构和刚-柔嵌段模型对体系性能的影响规律,对于实验中设计和制备高性能聚合物材料具有重要的指导意义。

关键词：分子动力学聚乙烯粗粒化势场拉伸取向本征导热