论文总字数：23837字

摘 要

高效散热对于需要长期使用的，高速运行的、小型化的电子和光子器件非常重要。用作电子包装材料的聚合物导热材料在散热方面起关键作用。然而由于分子链的非晶排列，聚合物通常具有低K（在室温下约为0.2W/(m·K)）。为了解决这个问题，用清洗过的商用聚氨酯泡沫作为模板，将氧化石墨烯吸附到聚氨酯骨架上，让氧化石墨烯在聚氨酯骨架上进行自组装，并对氧化石墨烯进行还原，从而形成石墨烯三维导热网络。

本文先用Hummers法制备氧化石墨烯并探讨聚氨酯吸附氧化石墨稀的影响因素，探讨了吸附次数和酮水比对聚氨酯吸附氧化石墨烯的影响。随后制备GO/EP复合材料，环氧树脂的热导率从0.233 W/(m·K)提升到了0.235W/(m·K)。热导率实现了提升，但是提升有限。经过SEM测试，我们发现RGO成功地连接到海绵的骨架上。但是在和环氧树脂复合不甚理想，二者不能很好地结合。并对实验进行改进，制备CS改性过的石墨烯/环氧树脂复合材料。反复吸附5次后，出现泡孔堵塞的现象，热电导率提升更大。环氧树脂热导率为0.233W/(m·K)，CS改性过的石墨烯/环氧树脂复合材料热导率达到了0.253W/(m·K)。

关键词： 导热材料 石墨烯 聚氨酯 环氧树脂

Preparation of graphene / epoxy resin composites

Abstract

Efficient heat dissipation is important for long-term, high-speed, miniaturized electronics and photonic devices that require long-term use. Thermally conductive Polymeric materials used as electronic packaging materials play a key role in heat dissipation. However, due to the amorphous arrangement of the molecular chains, the polymer typically has a low K (about 0.2 W/(m·K) at room temperature. In order to solve this problem, the oxidized graphene is adsorbed onto the polyurethane skeleton by using the cleaned commercial polyurethane foam as a template, and the graphene oxide self-assembles on the polyurethane skeleton and the graphene oxide is reduced to form graphene 3D network.

In this paper, the graphene oxide was prepared by Hummers method and the influencing factors of polyurethane adsorption on oxidized graphite were discussed. The effects of adsorption times and the ratio of acetone to deionized water on the adsorption of graphene oxide were discussed. The thermal conductivity of the epoxy resin increases from 0.233 W / (m · K) to 0.235 W / (m · K). Thermal conductivity achieves a lift, but the upgrade is limited. After the SEM test, we find that RGO is successfully connected to the skeleton of the sponge. But the connection between epoxy resin and composite is not ideal, the two can not be a good combination. And the experiment was carried out to prepare CS modified graphene / epoxy resin composites. After Repeated adsorption 5 times, the phenomenon of cell clogging appears and thermal conductivity becomes greater. The thermal conductivity of epoxy resin is 0.233W / (m · K) and CS modified graphene / epoxy resin thermal conductivity reached 0.253W / (m · K).

Key words: heat conductive material graphene polyurethane epoxy resin

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2 石墨烯 1

1.2.1 结构 1

1.2.2性质 4

1.3 聚合物基复合导热材料的研究进展 5

1.4论文研究目的和内容 6

1.4.1研究目的 6

1.4.2研究内容 6

第二章 氧化石墨烯的制备及聚氨酯对其的吸附 8

2.1 引言 8

2.2氧化石墨烯的制备及还原 9

2.2.1实验部分 9

2.2.2 结果与讨论 11

2.3 聚氨酯海绵对GO的吸附量因素研究 14

2.3.1吸附次数的影响 14

2.3.2酮水比的影响 15

2.4本章小结 16

第三章 石墨烯/环氧树脂复合材料的制备 17

3.1 引言 17

3．2实验部分 19

3.2.1三维石墨烯导热网络的构建 19

3.2.2环氧树脂的预混合 19

3.2.3石墨烯/环氧树脂复合材料的制备 19

3.2.4 测试与表征 19

3.3结果与讨论 20

3.3.1 SEM 表征 20

3.3.2 热导率的测定 21

3.4 改进 22

3.4. 1 实验过程 22

3.4.2结果与讨论 22

3.4 本章小结 23

第四章 结论与展望 24

4.1结论 24

4.2 展望 24

参考文献 26

致 谢 29

第一章 绪 论

1.1引言

高效散热对于需要长期使用的，高速运行的、小型化的电子和光子器件非常重要。用作电子包装材料的聚合物材料在散热方面起关键作用。然而由于分子链的非晶排列，聚合物通常具有较低的热导率（在室温下约为0.2W/(m·K)）^[1]。增强聚合物热导率的传统方法是将它们与具有高热导率的填料，包括金属，碳材料（石墨，石墨烯，纳米管（CNT）），陶瓷颗粒进行复合。然而，热导率的增强通常受限于固化剂与聚合物基体之间的相容性。大量的添加量总是导致聚合物的其它重要性质的破坏，例如机械性能，电学性能和光学性质^[2]。简而言之，通过添加少量填料获得具有高热导率的聚合物材料仍然是一个巨大的挑战。

近年来，在聚合物复合材料中构建3D网络已经成为实现高K聚合物的有效途径。^[3]与随机分散填料的复合材料相反，该方法不需要填充物的极高的添加量就可以形成导热网络，因为紧凑互连的网络可以构造导热路径。

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