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中山大学张艺教授:具有rGO三维导热网络结构聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能
发布:blast_k   时间:2019/5/15 16:52:10   阅读:68 
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随着电子技术的发展,电子元器件微型化和集成化程度越来越高,同时,高频的工作环境也使其在工作时产生大量的热,若热量不及时散去,会严重影响电子器件的性能稳定性和使用寿命。因此,电子器件的散热问题已成为这一领域的一个重要问题。聚酰亚胺(PI)因具有优异的热稳定性、机械性能及良好的介电性能,被广泛应用于微电子器件、电子封装及航空航天等领域。然而,纯PI的导热性能较差,从而大大限制了其在电子领域更广泛的应用。因此,研发高导热性能的聚酰亚胺复合材料在电子工业领域有重要且迫切的需求。目前通常采用的提高聚酰亚胺复合材料导热性能的方法是向聚酰亚胺基体中添加导热填料(BN、AlN、Si3N4、Al2O3、碳纳米管、石墨烯、铜、银等)。其中石墨烯具有极高的导热性能,其面内导热系数的理论值为5000 W·m-1·K-1,而面间导热系数只有面内的百分之一。为了得到高导热性能的复合材料,需要构筑三维石墨烯网络结构,使其面内导热方向与复合材料的散热方向更多地保持一致,从而更好地发挥石墨烯的导热能力。

近期,中山大学化学学院张艺教授课题组在《高分子学报》2019年第4期发表的论文中,通过冷冻干燥法制备了一种还原氧化石墨烯三维网络结构模板(3DrGO),为了稳定此3DrGO三维结构,使其在浇铸聚酰胺酸(PAA)胶液的过程中不易被破坏,作者利用PI黏结加固这一3DrGO三维结构制得3DrGO-PI模板作为填料,用PAA胶液浇铸后热酰胺化处理,得到较高导热系数的3DrGO-PI/PI复合薄膜。


 
该3DrGO-PI/PI复合薄膜的制备过程如下:(1)冷冻干燥含有3 wt% PAA的还原氧化石墨烯DMAc分散液得到PAA黏结加固的石墨烯三维网络结构(3DrGO-PAA);(2)热酰胺化处理3DrGO-PAA得到PI黏结加固的石墨烯三维网络结构(3DrGO-PI);(3)用10 wt% PAA胶液浇铸3DrGO-PI模板,在100、200、350 ℃各加热1 h,进行热酰亚胺化,得到3DrGO-PI/PI复合薄膜。实验结果表明,当rGO的含量达到8 wt%时,3DrGO-PI/PI复合薄膜的导热系数达到1.57 W·m-1·K-1,是纯PI薄膜的8.7倍,是rGO/PI (rGO未形成三维网络结构)复合薄膜的3.1倍,是3DrGO-water/PI (rGO三维网络结构未加固)复合薄膜的1.54倍。所得的复合薄膜还具有良好的热稳定性,当rGO的含量为8 wt%时,3DrGO-PI/PI复合薄膜的Tg为402.1 ℃,热膨胀系数(CTE)为2.16×10-5/ ℃。采用冷冻干燥法制备3DrGO-PI模板有助于推动rGO在导热领域更广泛的应用,同时浇铸模板制膜的方法为制备高导热聚合物复合材料提供了新的思路。

魏世洋博士和郑智博博士研究生是该论文的共同第一作者,张艺教授和许家瑞教授为共同通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金(基金号51873239)的资助。

来源:高分子学报

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