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随着电子技术的发展,电子设备变得越来越小,而其功率密度却急剧增加。因此,如何解决狭小空间内高热流密度的散热问题是当代先进微电子芯片系统面临的一项关键技术挑战。金属铜（Cu）具有优越的导电性、导热性和柔韧性,一直是电子设备的首选。未来的电子产品需要尺寸更小、重量更轻,而铜等金属已无法满足这些条件。碳纳米管（CNT）因其高导电性和导热性、显著的载流量、低密度和优异的机械性能而脱颖而出。将CNT作为增强相制备的CNT/Cu复合材料引起了广泛的研究兴趣。但碳纳米管和铜之间的界面热阻阻碍了热在碳纳米管-铜界面的传输,从而降低了碳纳米管在器件散热过程中的非凡导热性。在CNT和Cu之间建立共价键是减小CNT/Cu热阻,提高界面导热的有效途径。本文以制备CNT/Cu复合材料为目标,以亚硝酸异戊酯与4-乙炔苯胺对CNT进行重氮化改性制备改性碳纳米管（FCNT）。对商业石墨烯（Gr）进行氟化、结合FCNT,制备FCNT-FGr。通过脉冲电泳沉积技术（PED）的方法,将CNT、FCNT和FCNT-FGr分别沉积到Cu基体上,制备了CNT/Cu复合材料、FCNT/Cu复合材料和FCNT-FGr/Cu复合材料。通过激光导热仪测定复合材料的热扩散系数,通过红外热成像仪测定复合材料的温度分布和热通过速率,用以评价复合材料的导热性能。复合材料导热性能的提高主要原因在于在CNT和Cu之间构建σ共价键和共轭π键,在CNT和Cu之间构建声子和电子导热通道。同时引入石墨烯,利用石墨烯超高的导热性能,提高CNT和Cu之间的导热性能。主要研究内容如下:（1）通过脉冲电泳沉积的方式制备CNT/Cu复合材料。对CNT浓度、电泳沉积电流密度和电泳沉积时间进行了试验,得出最佳的电泳沉积工艺条件:CNT的浓度为0.6 mg/m L、电泳沉积电流密度为0.25 A/cm~2、电泳沉积时间为20 min。所得CNT/Cu复合材料在25℃和150℃的热扩散系数分别为1.234 cm~2/s和1.080 cm~2/s,对应的热导率分别为414.4 W/（m·K）和362.8 W/（m·K）。25℃和150℃时,CNT/Cu复合材料的热扩散系数均是Cu基体的1.25倍。红外热成像仪测试表明,CNT/Cu复合材料的温度在5 min内从25℃迅速上升到149.9℃,而铜合金基体的温度仅为134.9℃。CNT和Cu之间存在σ共价键,在CNT和Cu之间提供了声子导热通道,从而提高了CNT/Cu的导热性能。（2）利用4-乙炔苯胺通过重氮化反应对CNT进行改性、制备改性的碳纳米管FCNT,将FCNT超声分散在硫酸铜溶液中,通过脉冲电泳沉积将分散在水中的FCNT和Cu2+沉积在铜合金基体上制备FCNT/Cu复合材料。在最佳的电泳沉积工艺条件下,FCNT/Cu复合材料的热扩散系数在25℃和150℃时分别为1.336 cm~2/s和1.059 cm~2/s,对应的导热系数分别为448.8 W/（m·K）和355.7 W/（m·K）。25℃时FCNT/Cu复合材料的热扩散系数比CNT/Cu的高23.6%,比基体Cu的高35.7%。150℃时FCNT/Cu的热扩散系数比CNT/Cu高21.4%,比基体Cu高22.5%。红外热成像测试表明,FCNT/Cu复合材料的温度在5 min内从25℃迅速上升到333.7℃,而CNT/Cu的温度上升到149.9℃,铜合金基体的温度仅上升到134.9℃。FCNT/Cu复合材料导热性能的提高主要原因在于,通过4-乙炔苯胺的重氮化改性,在CNT和Cu之间建立了σ共价键和共轭π键,构建了声子和电子导热通道,实现了声子和电子的共同热传导,从而提高了FCNT/Cu复合材料的导热性能。（3）对商业石墨烯进行氟化制备氟化石墨烯。通过重氮化和Sonogashira偶联反应制备FCNT-Gr。采用亚硝酸异戊酯与4-乙炔苯胺重氮化反应对FCNT-Gr进行共价改性制得FCNT-FGr。通过脉冲电泳沉积的方法在Cu合金基体上制备FCNT-FGr/Cu复合材料。当氟化石墨烯的浓度为0.015 mg/m L时,所得的FCNT-FGr/Cu复合材料的热扩散系数为1.654 cm~2/s。HRTEM、Raman、FTIR、TGA、XPS以及紫外可见光谱等分析手段表明FCNT中的末端炔烃接枝到了石墨烯晶格上,Cu以共价键的方式与苯乙炔基连接,同时CNT和Cu之间存在共轭大π键连接。在25℃和150℃的温度下,FCNT-FGr/Cu复合材料的热扩散系数分别为1.654 cm~2/s和1.067 cm~2/s,对应的导热系数分别为555.6 W/（m·K）和358.3 W/（m·K）。25℃时,FCNT-FGr/Cu复合材料的热扩散系数比FCNT/Cu复合材料的增加23.8%,比CNT/Cu复合材料的增加53.0%,比基体Cu增加68.0%。150℃时FCNT-FGr/Cu复合材料的热扩散系数比FCNT/Cu复合材料的增加0.75%,比CNT/Cu复合材料的增加22.3%,比基体Cu增加23.4%。红外热成像分析表明FCNT-FGr/Cu的温度在5 min内从25℃上升到341.3℃,FCNT/Cu的上升到333.7℃,CNT/Cu的上升到149.9℃,铜合金基体的仅上升到134.9℃。FCNT-FGr/Cu复合材料的导热性能均表现出比FCNT/Cu、CNT/Cu和基体Cu的提高。FCNT-FGr/Cu复合材料导热性能的提高来源于石墨烯超高的导热性能,以及石墨烯存在丰富的p轨道,在FCNT-FGr和Cu之间不仅有σ共价键连接,而且存在共轭大π键,提高了FCNT-FGr/Cu复合材料的导热性能。