石墨烯∕聚合物导热复合材料研究进展.pdf

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1、专业管理石墨烯/聚合物导热复合材料研究进展陈菁菁孟凡彬周祚万（西南交通大学材料科学与工程学院，先进材料重点实验室，四川成都610031）摘要：导热聚合物复合材料因具有质轻、流动性好、可加工制备石墨烯/聚合物复合材料的报道较少，还需更多深入的性、低成本的优势，越来越多地被应用在电子设备、太阳能能源研究。设备、LED及汽车等方面，逐渐取代传统金属导热材料的使2石墨烯/聚合物导热复合材料的研究现状用。提高聚合物导热系数的关键是选择高效的导热填料。其石墨烯是近些年来研究较为热门的一类材料，碳原子紧密中，石墨烯以其优异的导热性质而备受青睐。本文介绍了目前堆积成单

2、层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，具有非常大的比世界范围内石墨烯/聚合物复合材料的制备方法，及其复合材表面积，它的导热性质无论是在理论预测上还是实验研究中都料在导热性能的研究进展。非常优异，因而受到了世界范围的关注。近年来，国内外报道关键词：石墨烯，聚合物，复合材料，导热性能了许多关于石墨烯/聚合物复合材料的制备及其导热性能的研石墨烯有极大的比表面积和π电子离域体系，电子可以容究。石墨烯的含量、多种填料间的协同、以及复合材料的制备易地通过石墨烯的π-π键而传输，而且，其独特的二维单原子工艺等都会对复合材料的导热性能产生影响。晶格模型，也可实现声子的有效传

3、播，这就决定了石墨烯具有Veca等[13]将石墨烯与环氧树脂混合制备复合材料，发现当[1]-1-1极高的导热性质(5300WmK)。优异的导热性能可以辅助石墨烯体积分数达到33%时，其热导率可高达80Wm-1K-1，这提高聚合物树脂基体的传热性，因此，越来越多的石墨烯/聚合一数值明显高于陶瓷类材料的填充效果。在Teng等[14]的研究物复合材料被逐渐开发出来。中，发现石墨烯对树脂基体导热性能的提升能力也明显高于碳1石墨烯/聚合物复合材料的制备纳米管，在4%填料添加量下，石墨烯/环氧树脂复合材料的热-1-1近年来，随着对石墨烯的广泛研究和关注，国内外学者

4、对导率可以达到1.5WmK，比碳纳米管/环氧树脂复合材料的-1-1石墨烯/复合材料的制备做了大量的研究工作。常用的制备方导热系数(0.5WmK)提高了近三倍。优异的导热性使石墨烯[2,3][4-6][7-9][15]法有熔融共混法、溶液复合法、原位聚合法及聚合物插在相变材料中也发挥着巨大的优势，Yavari等将石墨烯加入[10-12]层法等。到相转变材料中，发现少量的石墨烯就大大提升了相转变材料-1-1（1）熔融共混法：将聚合物和填料在聚合物的熔融状态下的导热性能，当添加量为4%时，其热导率由0.4WmK，提升-1-1进行共混，一般可以采用螺杆挤出机、

5、密炼机、开炼机等设备，到了0.9WmK，而且几乎没有影响材料的相转变性能。是目前高分子材料的主要加工手段。但是，经熔融共混法制备采用多种填料的协同和配合，会大大提高复合材料的热导[16]得到的复合材料，填料的分散性较差，一般需要对填料进行适率。Dai等将一维SiC纳米线生长在二维石墨烯片层上得到当的处理和改性，以提高填料与树脂基体间的亲和性。的杂化材料与聚酰亚胺共混后的复合材料表现出了较高的导（2）溶液复合法：选择合适的溶剂，先将聚合物溶解或溶胀热值，当填料含量为7wt%时，其复合材料的导热系数可达到-1-1[17]在溶剂中，通过机械搅拌或超声处理等方

6、式实现填料与聚合物0.6WmK，较纯的聚酰亚胺提升了138%。类似地，Yu等的混合，然后在脱出溶剂。这种方法制得的复合材料一般具有采用一维的碳管和二维的石墨片组合的方式加入到环氧树脂较好的分散性，但是难点在于溶剂的选择和后处理比较麻烦。中，研究证实这种多相填料复合体系对环氧树脂导热能力的提[18]（3）原位聚合法：将填料与聚合物单体或预聚体先进行共升要远远高于单一的石墨烯填料。Shahil等人采用了石墨烯混，然后在一定实验条件下引发单体聚合，继而得到复合材和多层石墨烯混合物作为导热填料，加入到环氧树脂基体中，料。这种方法一般具有较好的分散性，而且当填料

7、含有一些可合成了纳米复合热界面材料。当导热填料体积分数为10%时，-1-1聚合的基团时，可以参与部分聚合反应，与聚合物基体间形成其热导率的增加量可达2300%，可达5.8WmK。多相填料导相应的化学键，增强其界面相互作用。热效果比单一填料效果优异，可以从两个方面来解释：(1)石墨（4）聚合物插层法：通过溶剂作用或机械剪切力等手段在烯片、SiC纳米线及碳纳米管等填料自身就具有较高的导热系石墨片层间插入聚合物分子，从而得到复合材料。这种方法可数，经强强联合后导热效果变大大提升；(2)多种维度的填料混以有效实现石墨烯填料在基体中的分散，而关于聚合物插层法合后

8、，增大了彼此之间的接触机会，使得填料更加容易地实现502016年7月专业管理相互搭接，有效形成