关键词：
球形铝粉
热界面材料
功能性复合
核壳结构
导热性
摘要：
热界面材料（TIMs）是电子芯片、高能激光器和雷达等高热流设备热管理中不可或缺的功能材料,通常由聚合物和高导热填料构成。球形铝粉被广泛应用于热界面材料中,具有优异的导热性能,来源广泛且价格实惠。然而,铝粉的分散性差和化学性质活泼是一个不可避免的问题。通过对铝粉表面进行功能化复合,不仅可以增强填料和聚合物基体的界面性质,也能在铝粉表面进行功能层的构筑。
本论文研究主要对球形铝粉的表面进行了改性研究,通过铝填料表面化学性质的修饰来实现铝与聚合物材料的界面构建和调控。一方面通过将不同聚合物单体和包覆技术相结合,在球形铝粉表面构筑功能面层,以此来制备核壳结构的高导热性铝粉填料,使其拥有良好的分散性和较低的介电性能;另一方面通过精准的工艺手段来调控杂化填料在环氧树脂基体中的分布状况,调节填料之间的排序方式,从而构建出有效的导热网络。
论文主要包括以下几个部分:
（1）设计了一种磁性取向双壳结构球形铝粉复合材料。通过原位聚合法在球形铝粉表面生长出了聚多巴胺层（PDA）和笼型聚倍半硅氧烷层（POSS）,从而构造双壳纳米结构的球形铝粉（Al@PDA@POSS）。构建的功能层可以降低铝粉的介电性,也能增强铝粉在环氧树脂（EP）中的相容性。将Al@PDA@POSS与改性的磁性氧化铁经静电自组装成杂化填料（Al@PDA@POSS-Fe3O4）,使铝粉具有磁性的功能。利用磁性取向使杂化填料在基体中构建成“热桥”样的有效导热通路,达到减低填料与基体之间界面热阻的作用。通过瞬态热线导热率仪、动态热机械分析仪和宽频介电谱测试仪等仪器对复合材料进行了导热性能、机械性能和电绝缘性能的测试。结果表明,Al@PDA@POSS-Fe3O4在基体中的有序的紧密连接可以使复合材料具有高导热特性,双壳纳米结构铝粉有很好的相容性、介电性和热稳定性。
（2）制备一种铜纳米颗粒掺杂微球结构的球形铝粉复合材料。基于聚多巴胺改性的铝粉（Al@PDA）,在表面活性位点上嫁接L-半胱氨酸层（L-Cy）,从而构造了核壳结构的功能层球形铝粉（Al@PDA@L-Cy）。L-半胱氨酸具有羧基和氨基,可与铝粉表面上的官能团反应,实现定向的表面功能化,改善材料的性能和稳定性。将功能性球形铝粉和二氧化硅改性的小尺寸球形铜纳米颗粒构建成纳米微球结构的杂化填料（Al@PDA@L-Cy/Cu）。利用不同尺寸的填料在界面处组装,可以使填料彼此之间的连接更加的充实紧密,达到构建有效导热通路的目的。使用场发射扫描镜、透射电子显微镜和红外热成像仪等仪器对杂化铝粉的结构和性能进行了表征。结果表明,微球式结构的杂化填料Al@PDA@L-Cy/Cu在环氧树脂中具有良好的相容性和分散性,并且在负载量较少时仍有较好的导热效果。
（3）制备一种3D网络结构的核壳型球形铝粉复合材料。通过溶胶-凝胶的方法让3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）对铝粉实现包覆层的构建,同时引入的氨基可作为活性位点。首先,采用静电吸附的原理让钼源在改性的铝粉表面进行静电附着,再通过水热法对球形铝粉表面进行了二硫化钼功能层的构建,设计出了纳米花状的核壳结构型球形铝粉（Al@Si O2@Mo S2）。最后,在球磨机的作用下得到不同尺寸大小的片状杂化填料（L-Al@Si O2@Mo S2）,将球/片杂化铝粉填料以不同比例和环氧树脂进行掺杂得到复合材料（S/L-Al@Si O2@Mo S2）。从而达到构建3D填料网络的目的。使用场发射扫描镜和瞬态热线导热率仪等仪器对杂化铝粉的形貌、分散性和导热性进行了表征测试。结果表明,不同形貌尺寸的杂化填料在基体中相互连接,构成了3D导热网络通路,这样的连接使复合材料拥有良好的导热能力。
欢迎来到三峡大学图书馆！
中文科技期刊
详细信息
