【摘 要】
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随着电子元器件的使用功率越来越高,产生的热量也越来越多,若不能快速耗散出去,将影响设备的工作效率,缩短使用寿命。石墨烯作为一种新型的二维纳米材料,具有超高的电导率和热导率,但其制备工艺存在很多亟需解决的问题,限制了其应用。本论文以膨胀石墨（EG）为原材料,加入醋酸纤维素（CA）和碳纳米管（CNT）,采取机械匀浆工艺,制备出兼具力、电、热和摩擦性能的石墨烯复合材料。本论文研究内容和主要结果如下:（1
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随着电子元器件的使用功率越来越高,产生的热量也越来越多,若不能快速耗散出去,将影响设备的工作效率,缩短使用寿命。石墨烯作为一种新型的二维纳米材料,具有超高的电导率和热导率,但其制备工艺存在很多亟需解决的问题,限制了其应用。本论文以膨胀石墨（EG）为原材料,加入醋酸纤维素（CA）和碳纳米管（CNT）,采取机械匀浆工艺,制备出兼具力、电、热和摩擦性能的石墨烯复合材料。本论文研究内容和主要结果如下:（1）通过机械匀浆法,在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中制备出片径几微米的石墨烯纳米片（GNP）。研究结果表明,随着匀浆转速和时长的提高,石墨烯纳米片晶粒尺寸变小,分散稳定性提高。相较于其它方法制备的石墨烯,该方法制备的石墨烯纳米片结构缺陷较少。（2）在匀浆过程中加入醋酸纤维素和膨胀石墨,协同制备石墨烯纳米片,进一步通过溶剂蒸发法制备石墨烯纳米片/醋酸纤维素复合材料。由于石墨烯纳米片与醋酸纤维素具有良好的界面相容性,石墨烯纳米片的分散稳定性得以提高,制得的复合薄膜拉伸强度、硬度、模量和摩擦系数都得到提高,分别为37.1 MPa、0.23GPa、5.15 GPa和0.2～0.3。复合薄膜具有较低的表面电阻率（2.39×10~6Ω/sq）,满足抗静电要求。此外,复合薄膜具有较低的导热各向异性,其中面内和面外热导率分别为6.6 W/（m·K）和1.9 W/（m·K）。（3）在匀浆过程中引入碳纳米管、醋酸纤维素和膨胀石墨,进一步制得石墨烯纳米片/醋酸纤维素/碳纳米管复合材料。复合薄膜的最大拉伸强度、硬度和模量分别为28.4 MPa、0.22 GPa和4.56 GPa,均低于GNP1/CA1复合薄膜;但其最大断裂延伸率为9.2%,比GNP1/CA1复合薄膜提高了104%;此外,复合薄膜的导电性能和导热各向同性也得到了极大的改善。综上所述,采用在机械匀浆过程中加入醋酸纤维素和碳纳米管的方法,可以提高石墨烯纳米片的制备效率和分散稳定性,进而赋予复合薄膜轻质、高强、抗静电、热稳定、耐磨的优点,使其在防静电、热管理等方面具有广阔的应用前景。
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