试析碳纳米管材料导热性能的实验研究

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1、分类号UDC密级y，．786083学校代号10561学号200237000201009华南理工大学硕士学位论文碳纳米管材料导热性能的实验研究指导教师祝春华丁静教授化工与能源学院化学]_程申请学位级别：工学硕士专业名称：化学工程论文提交日期：2005．06论文答辩日期：2005．06．13学位授予单位和日期：华南理工大学答辩委员会主席：张正国副研究员论文评阅人：叶国兴教授丁云飞副教授摘要碳纳米管(CarbonNanotubes—CNTs)剀其独特的电磁、力学及化学性能成为世界范围内的研究热点之一，而碳纳米管导热性能的研究则是

2、其热利用的关键。本文对碳纳米管与环氧树)]自(Epoxy—EP)复合材料的导热性能进行了深入定量化的研究，探索了CNTs／EP复合材料的制备方法，确定了CNTs／EP复合材料的固化成型工艺。通过x一射线衍射与扫描电镜对碳纳米管、CNTs／EP复合材料以及环氧树脂基体进行了表征。结果表明碳纳米管均匀分布在环氧树脂基体中。根据表征结果以及碳纳米管的特性建立了CNTs／EP两相复合材料导热性能的改进模型。运用Hotdisk热常数分析仪与改进型平板法研究了CNTs／EP复合材料的导热系数以及环氧树脂基体材料的导热系数。结果表明添加

3、碳纳米管可以增大环氧树脂的导热系数，当碳纳米管含量大于3wt％l}J’，纳米管复合材料的导热系数先下降后升高，最后再下降，但总的来讲是一个下降的趋势。改进型稳态平板法的实验误差小于5％，而hotdisk热常数分析仪的测量误差为1％。CNTs／EP复合材料导热性能的改进模型分析结果与实验结果比较，当纳米管含量小于3wt％时，理论与实验相差3％，随着纳米管含量的增加要对改进模型进行修正。比较结果说明所建立的改进模型能较好地反映复合材料的导热性能。该模型4i但可以预测纳米管的导热系数，而且还可以预测两相复合材料的有效导热系数。利

4、用CNTs／EP两相复合材料的导热理论模型得到了室温下单壁碳纳米管(Single—WallCarbonNanotubes—SWCNTs)的导热系数约为3980W／(m·K)，双壁碳纳米管的导热系数(Double—WallCarbonNanotubes．DWCNTs)大约为3580W／(m-K)，以及多壁碳纳米管(Multi—WallCarbonNanotubes．MWCNTs)的导热系数约为2860W／(m·K)。本文在实验研究中取得了较为丰富的实验数据，并进行了理论分析，为碳纳米管的广泛应用提供了物性参数。关键词：碳纳米

5、管；导热系数；有效导热系数华南理T大学硕士学位论文A8STRACTCarbonNanotubes(CNTs)withuniqueelectromagnetic，mechanicalandchemicalpropertieshavebeenbecomeoneofthehotresearchfieldsinallovertheworld．Moreover，studiesOilhavebeenthekeyproblemwhichusesCarbonNanotubesinthermalutilizationiSthermalcon

6、ductionperformanceofCarbonNanotubes．ThethermalconductionperformanceofCarbonNantubes

7、EpoxyResin(CNTs／EP)compositesmaterialshavebeeninvestigatedquantificationally．ThepreparationmethodofCNTs／EPcompositesmaterialswasobtained，andthesolidificationtechnologyofCNTs／EPcomp

8、ositesmaterialswasdetermined．ThemicrostructoreofCNTs．CNTs／EPcompositesmaterialsandEPwerecharacterizedindividuallybyScanningElectronicMicroscopy(SEM)andX—RayDifnaction(XRD)．TheresultsshowthatCNTswasdistributedhomogeneouslyinthematrixofEP,Amodifiedmathematicmodelhas

9、beensetuptodiseribethermalconductionperformanceofCNTs／EPcompositesmaterialsaccordingtobothanalyticresultsandthecharacteristicsofCNTs．Thermalconductiviti