1. 研究目的与意义（文献综述）

石墨烯是一种由sp2杂化碳原子组成的二维结构材料，独特的纳米结构和优异的热、机械和电性能，使其在传感器、催化、电池和超级电容器等技术领域具有潜在的应用[1]。同时，将石墨烯作为增强填料，在聚合物基体中加入少量的石墨烯即可以有效地改善单一高分子的性能，是制备高性能聚合物基复合材料的有效途径。近年来，石墨烯/聚合物基纳米复合材料优越的热性能、机械性能、电性能和耐磨损性等，使其在电子、宇航、燃料电池等方面具有广阔的应用前景[2]。

石墨烯超高的导热系数，理论上加入少量的石墨烯可以大幅提高聚合物基体的导热系数[3,4]。但是石墨烯作为一种纳米填充剂，其与聚合物基体间的弱界面粘附效应导致界面会产生较大的界面热阻，进而影响石墨烯与聚合物基体间的热传导性能。此外，石墨烯的填充浓度、尺寸以及形态等同样是影响其热传导性能的主要因素，现有研究结果表明增大石墨烯的填充尺度、浓度等，可以增强其与聚合物基体间的接触面积，进而能够导致热量在石墨烯与聚合物基体间进行有效传递，增大复合材料的热传导性能。

目前，部分学者们针对此类复合材料的热传导性能已开展了大量的研究工作[5-13]。hasselman和johnson[5]在maxwell和rayleigh的经典理论上考虑界面效应和粒径因素对球形颗粒和圆柱形纤维增强基体复合材料的影响，推导出用于计算等效热传导系数的maxwell-garnett有效介质近似方法。随后，benvensite基于细观力学模型针对复合材料的热传导系数得到了同样的分析结果[6]。而every等人[7]在maxwell-garnett有效介质近似理论的基础上，基于bruggeman积分嵌入原理[8]给出了非对称形式的有效介质理论方法。此外，davis和artz[9]基于有限元数值分析方法，针对球形颗粒增强纳米复合材料的热传导系数与mg-ema的分析结果进行了对比，证实了细观力学有效介质理论的有效性。对于非球形颗粒增强纳米复合材料，hatta和taya[10]以及benveniste和miloh[11]分别建立了理论分析模型，考虑了短纤维在基体中的排布方式（定向排列或随机取向）对复合材料等效热传导系数的影响。在此基础上，dunn和taya[12]修正了mt均匀化方法[13]，分析了具有包覆层短纤维的形状以及界面热阻效应对复合材料等效热导率的影响[14-16]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容及目标：

基于细观力学有效介质理论，获得石墨烯/聚合物基纳米复合材料等效热传导系数的表征形式，分析界面热阻效应、石墨烯浓度、尺度、形态等因素对其热传导性能的影响。

2.2拟采取的技术方案及措施

3. 研究计划与安排

1.第1-2周查阅国内外文献并翻译英文文献，了解石墨烯形态对其聚合物基纳米复合材料热力学性能影响的研究现状以及maxwell有效介质理论基本理论，完成开题报告；

2.第3-4周学习与研究内容相关的理论知识，开始进行理论分析；

3.第5-8周完成理论建模并初步展开数值分析相关工作；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 吴红福.石墨烯增强聚合物复合材料制备及性能的研究 [d]. 上海：东华理工大学，2015.

[2] 唐浩.聚合物/碳纳米材料的导热性能研究[d]. 武汉：武汉工程大学，2016.

[3] n.burger, a.laachachi, et.al., review of thermal conductivity in composites: mechanisms, parameters and theory [j]. progress in polymer science., 2016,61:1-28.