【摘 要】
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目前,电子产品快速向微型化和多功能方向发展,设备工作时产生的热量严重影响电子设备的性能和使用寿命,亟需开发具有优异导热性能的热管理材料（TMMs）以减少电子器件的热积累问题。导热聚合物复合材料由于其具有重量轻、耐腐蚀、柔韧性好、易加工、经济实用等良好综合效果,已广泛应用于TMMs领域。然而,聚合物基体的本征热导率（λ）较低,严重限制了其在TMMs领域的广泛应用。为了提高聚合物复合材料的λ,添加高导
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目前,电子产品快速向微型化和多功能方向发展,设备工作时产生的热量严重影响电子设备的性能和使用寿命,亟需开发具有优异导热性能的热管理材料（TMMs）以减少电子器件的热积累问题。导热聚合物复合材料由于其具有重量轻、耐腐蚀、柔韧性好、易加工、经济实用等良好综合效果,已广泛应用于TMMs领域。然而,聚合物基体的本征热导率（λ）较低,严重限制了其在TMMs领域的广泛应用。为了提高聚合物复合材料的λ,添加高导热填料是一种有效的解决方法。一般情况下,是将聚合物和导热填料共混构建导热网络,但该方法易引起严重的相分离现象,且共混方法形成的导热网络一般是自组装网络,取向程度不佳。尽管存在真空抽滤、层压等方法能够构建连续密实的导热网络,但传统负压浸润工艺无法满足高黏度基体对密实导热网络的高效浸润需求。所以,我们提出了超声强制浸润方法（Ultrasonic forced infiltration,简称UFI）,本方法可采用真空抽滤等方法先构建密实导热网络,再利用高频率、高功率超声振动将聚合物基体（热固性或热塑性聚合物）强制浸润到网络内部,从而得到高导热聚合物复合材料。文章系统研究了超声时间、频率、振幅等因素对制品性能的影响。通过选择不同的导热填料和聚合物基体,制备具有特定功能的导热聚合材料,同时,在热管理应用场景下对复合材料制品性能做进一步验证。具体研究内容包括:（1）研究了利用UFI方法制备导热聚合物复合材料制品时,超声频率、超声时间、振幅对制品综合性能的影响。聚合物的选择对超声时间的设定有很大影响:黏度大小影响着超声时间的选择,当黏度小的聚合物作基体时,超声处理时间仅仅需要2～3秒;黏度大的聚合物作为基体时,需要超声处理10秒左右;振幅设定在50%～60%是该方法制备导热聚合物复合材料的最佳实验条件。（2）选用碳纳米管（CNT）和石墨烯（Gr）为导热填料,聚二甲基硅氧烷（PDMS）为基体,利用UFI法制备CNT-Gr/PDMS复合材料。当CNT和Gr比例为3:1时,CNT-Gr（3:1）/PDMS复合材料具有高λ（4.641 W/（m·K））,比纯PDMS基体的λ高1619%。同时,制品具有良好的电导率（447 S/m）、电磁屏蔽性能和优异的力学性能。（3）针对热管理领域的绝缘导热需求,选用具有优异电绝缘性能的氮化硼纳米片（BNNS）和纳米纤维素（CNC）作为填料,PDMS作为基体,采用UFI方法制备BNNS-CNC/PDMS复合材料。当BNNS和CNC比例是25:1时,BNNS-CNC（25:1）/PDMS复合材料的λ为7.309W/（m?K）,比纯PDMS基体高2607%。此外,制品还具有优良的介电性能、电绝缘性能和机械柔韧性,可以用作TMMs,在电子设备的散热方面具有很强的应用潜力。（4）在热固性基体外,选用热塑性正丁二酸-对苯二甲酸丁二酸酯（PBAT）基体验证UFI方法的材料适用性。UFI制备CNT-CNC/PBAT导热复合材料。当CNT与CNC的质量比为10:1时,CNT-CNC（10:1）/PBAT复合材料的λ为4.082 W/（m?K）。此外,CNT-CNC（10:1）/PBAT复合材料具有良好的机械性能、导电性、热稳定性和电磁屏蔽性能。
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