摘要
为了在聚酰亚胺（PI）薄膜中构建理想的三维导热网络，突破其作为热管理材料的技术瓶颈。本文研究了导热的界面调控与导热填料的协同作用机理，并以此来增强PI复合材料的导热性能。针对从球状（零维）、棒状（一维）、片层（二维）以及四针状（三维）的四种导热填料分别提出了双重协同、定向协同和多维协同的研究策略，其中通过硅烷偶联剂（KH550）对零维球形的氧化铝（Al2O3）和三维四针状的氧化锌（ZnO）导热填料表面改性，采用煅烧法对二维氮化硼纳米片（BNNS）表面改性，然后以静电自组装的方式成功制备了氮化硼包覆氧化铝（Al2O3@BN）与氮化硼包覆氧化锌（ZnO@BN）复合导热填料。此外，借助液相沉积-空气氧化法和煅烧法制备三氧化二铁包覆羟基氧化铁（FF）复合粒子，同时通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO），然后运用聚多巴胺（PDA）包覆技术成功制备了GO包覆FF一维复合粒子（GF）的导热复合材料。分别研究了Al2O3@BN、ZnO@BN和GF导热复合填料的界面调控机理，分别考察了该导热复合填料和BN协同的增强作用以及磁场诱导调控（MF）。最后运用两步法制备了Al2O3@BNamp;BN/PI、GF-BN/PI（MF）和ZnO@BN/PI的复合薄膜。主要研究分析不同形貌的导热填料与BN协同作用下所形成PI复合材料的导热性能、导热结构与导热机理。主要得出以下结论： （1）Al2O3微球与BNNS双重协同增强的PI导热复合薄膜的制备与研究。提出了一种导热填料双重协同效应的策略。其中借助静电自组装的方法成功制备了BN包覆改性Al2O3复合粒子，同时可使填料间的有效桥接和增加界面相容为策略中的第一重协同效应。第二重协同效应为Al2O3@BN复合微粒与基体中BN构建具有典型隔离结构的导热网络，进一步强化完善导热网络，充分发挥高效协同作用。其中35wt％的Al2O3@BN与BN的最佳比例为2:1，Al2O3@BN＆BN/PI复合膜热导率达到3.35W/mK，与纯PI相比增加1664％，与相关研究对比，导热性能增强更加显著。 （2）复合磁性棒状粒子与BNNS定向协同增强的PI导热复合薄膜的制备与研究。通过PDA成功包覆制备了GO复合棒状粒子，赋予了GO一定的磁性和特殊的纳米棒状结构，同时PDA还原的部分GO，改善了GF的有序程度。GF在磁场作用下沿面内方向上取向排列，调控了GO的分布状态，充分发挥了GO高面内热导率的特性，并且容易达到定向桥接作用，加强了与BN的协同效应。GF与BN协同形成在面内方向上较好的定向导热网络，采用两步法制备的GF-BN/PI（MF）复合薄膜具有较高的导热系数，其中在填充量30wt%（GF:BN=1:3）时，GF-BN/PI（MF）复合薄膜面内导热率高达2.532W/mK，比纯PI提升了1233%，比BN/PI相应提高了27%。同时，GF-BN/PI(MF)复合薄膜仍能保持良好的介电性能和力学性能。 （3）四针状ZnO与BNNS多维协同增强的PI导热复合薄膜的制备与研究。通过静电自组装的原理成功制备了ZnO@BN导热复合粒子，实现了ZnO的四针状形貌结构与BN片层高导热性能相复合，同时ZnO表面改性增加了ZnO与PI的相容性。ZnO@BN/PI导热复合薄膜获得了特殊的导热网络结构，其中BN从ZnO表面受剪切作用的发生一定的剥离，剥离现象反而使BN在PI基体内得到了均匀的分散，并且热亚胺化时BN片层实现了高度取向效果，此外，ZnO晶须贯穿了BN片层，二者多维协同形成了特殊的互传导热网络结构。采用两步法制备的ZnO@BN/PI复合薄膜具有较高的导热系数，其中在填充量30wt%（ZnO:BN=2:1）时，ZnO@BN/PI复合薄膜面内导热率达到了2.072W/mK，比纯PI提升了991%。
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