碳纳米管/氧化铝/硅橡胶复合材料的电磁与导热性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chica2222
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硅橡胶因其良好的力学性能、优异的电绝缘性能和化学惰性被广泛应用于热界面材料和电子封装领域。随着新一代电子元器件朝着微小化发展,其较高的功率密度会带来电磁干扰和设备过热的问题,影响器件的正常使用。多壁碳纳米管(MWCNTs)由于其特殊的一维管状结构而具有良好的电磁性能,氧化铝(Al2O3)作为常用的无机填料具有较高的导热系数且来源广泛价格低廉常用于导热材料的制备生产中。本课题探索一种液体硅橡胶(LSR)的制备工艺,并以此为基体,添加电磁性能优异的碳纳米管和导热性能良好的氧化铝为填料,进一步复合制备兼具吸波和导热性能的多功能热界面复合材料。首先,在硅橡胶基体中单独添加碳纳米管(MWCNTs)作为填料,探究其添加量对硅橡胶复合材料的吸波及导热性能的影响。针对单独使用MWCNTs时存在阻抗匹配较差、易团聚、难分散的问题,分别通过原位生长和液相化学沉积的方法对MWCNTs进行表面生长C-Co粒子(Co-C-MWCNTs)和表面负载纳米α-Al2O3(α-Al2O3-MWCNTs)的改性,制备硅橡复合材料并探究不同改性方式对吸波和导热性能的影响。结果表明,在同等添加量下α-Al2O3-MWCNTs的综合性能更加优异,在9.6mm的厚度下其有效频宽可达到3.86GHz,导热系数为0.5795 W/(m·K)。其次,研究了热界面复合材料的导热机理,分析对比微米级氧化铝粒径、含量、不同粒径混配比例和表面改性对硅橡胶导热性能的影响。结果表明,将50μm和5μm粒径的氧化铝按照7:3的质量比进行混配后按照65wt%的填充量加入硅橡胶基体中可以有效的构建基体内部的导热网络,其导热率明显高于单一粒径添加时的导热率,可提升至1.8189 W/(m·K)。最后,在体系加入α-Al2O3-MWCNTs制备不同添加量的α-Al2O3-MWCNTs/Al2O3/LSR复合材料,探索最优配方使复合材料具有最佳的吸波性能和导热性能。结果表明,最终加入1g的α-Al2O3-MWCNTs制备的复合材料在1.5mm厚度下的有效吸收频宽可达到5.11GHz,热导率可达到1.8404 W/(m·K),是一种在较薄的厚度下可获得优异性能的导热吸波型热界面复合材料。
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