本書(shū)以面向熱管理應(yīng)用的石墨烯填充聚合物導(dǎo)熱復(fù)合材料為目標(biāo)，從復(fù)合材料的合成、微觀結(jié)構(gòu)表征、熱學(xué)性能表征到潛在的工程應(yīng)用，進(jìn)行了系統(tǒng)介紹。填充相包括石墨烯片、石墨烯膜、取向石墨烯和三維石墨烯結(jié)構(gòu)，也包含了 BN、Al2O3 等粒子；基體樹(shù)脂包括熱固性樹(shù)脂、熱塑性樹(shù)脂、硅橡膠及含能材料。復(fù)合材料制備工藝包含溶液混合法、熔融共混法、原位聚合法等。最后，本書(shū)對(duì)石墨烯填充聚合物導(dǎo)熱復(fù)合材料的散熱效果與應(yīng)用進(jìn)行了介紹。
白樹(shù)林，1983年畢業(yè)于大連理工大學(xué)材料工程系鑄造與熱處理專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位；1986畢業(yè)于大連理工大學(xué)工程力學(xué)系實(shí)驗(yàn)力學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位；1993年畢業(yè)于法國(guó)巴黎高等工藝制造中央學(xué)院(Ecole Centrale des Arts et Manufactures de Paris)，復(fù)合材料專業(yè)，獲博士學(xué)位。主要從事聚合物基復(fù)合材料的制備工藝、微觀結(jié)構(gòu)與性能研究。在纖維、顆粒增強(qiáng)高聚物復(fù)合材料領(lǐng)域積累了豐富的研究經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)前的主要研究工作集中在2D和3D石墨烯填充高聚物復(fù)合材料的制備、熱學(xué)/電學(xué)/力學(xué)性能的研究。發(fā)表學(xué)術(shù)文章140余篇，獲批專利9項(xiàng)。
目 錄
第1章 石墨烯及其填充聚合物導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理 1
1.1 引言 1
1.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)及基本性能 1
1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu) 1
1.2.2 石墨烯的基本性能 1
1.3 石墨烯的導(dǎo)熱機(jī)理 2
1.4 聚合物及其復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理 4
1.4.1 聚合物的導(dǎo)熱機(jī)理 4
1.4.2 聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理 5
1.5 預(yù)測(cè)聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料熱導(dǎo)率的數(shù)學(xué)模型 7
1.5.1 串聯(lián)和并聯(lián)模型 7
1.5.2 Maxwell-Garnett模型和Bruggeman模型 8
1.5.3 Bruggeman模型 9
1.5.4 Hamilton-Crosser模型 10
1.5.5 Every模型 11
1.5.6 Tsao模型和Cheng-Vachon模型 12
1.5.7 Zhou模型 13
1.5.8 Spinger-Tsai模型 14
1.5.9 Rayleigh模型 15
1.5.10 Agari模型 16
1.5.11 Halpin-Tsai模型和Nielsen-Lewis模型 17
1.5.12 Hatta模型 17
1.6 本章小結(jié) 19
參考文獻(xiàn) 19
第2章 石墨烯及其填充樹(shù)脂基復(fù)合材料制備技術(shù) 24
2.1 引言 24
2.2 石墨烯的制備方法 24
2.2.1 自下而上的方法 24
2.2.2 自上而下的方法 32
2.2.3 氧化還原法 32
2.2.4 液相剝離法 33
2.2.5 等離子法 33
2.3 石墨烯表面修飾 38
2.3.1 共價(jià)修飾 38
2.3.2 非共價(jià)修飾 43
2.4 二維石墨烯填充聚合物復(fù)合材料的制備方法 47
2.4.1 溶液混合法 47
2.4.2 熔融共混法 48
2.4.3 原位聚合法 49
2.5 三維石墨烯結(jié)構(gòu)填充聚合物復(fù)合材料的制備方法 50
2.5.1 化學(xué)氣相沉積法 50
2.5.2 多孔聚合物的碳化法 51
2.5.3 冷凍干燥法 52
2.5.4 石墨烯氣凝膠法 58
2.5.5 核殼結(jié)構(gòu) 60
2.5.6 高取向石墨烯 61
2.6 本章小結(jié) 64
參考文獻(xiàn) 65
第3章 石墨烯填充聚合物復(fù)合材料熱導(dǎo)率的測(cè)試方法 74
3.1 引言 74
3.2 穩(wěn)態(tài)法 75
3.2.1 保護(hù)熱板法 75
3.2.2 比較法 76
3.2.3 熱流計(jì)法 77
3.2.4 徑向熱流法 78
3.3 非穩(wěn)態(tài)測(cè)量方法 79
3.3.1 激光閃射法 79
3.3.2 3ω法 80
3.3.3 熱線法 81
3.3.4 瞬態(tài)平面熱源法 81
3.4 石墨烯本征熱導(dǎo)率的測(cè)量方法 82
3.4.1 顯微拉曼法 82
3.4.2 熱橋法 84
3.4.3 脈沖光熱反射系數(shù)法 85
3.4.4 焦耳熱法 86
3.5 本章小結(jié) 87
參考文獻(xiàn) 87
第4章 石墨烯膜的制備與性能 91
4.1 引言 91
4.2 石墨烯膜的制備 91
4.2.1 氧化石墨烯還原法 92
4.2.2 膨脹石墨壓延法 106
4.2.3 化學(xué)氣相沉積法 107
4.2.4 聚合物薄膜碳化-石墨化法 109
4.3 石墨烯膜的熱導(dǎo)率 111
4.3.1 石墨烯膜的面內(nèi)熱導(dǎo)率 112
4.3.2 石墨烯膜的面外熱導(dǎo)率 113
4.4 氟化石墨烯膜 116
4.5 前景展望 117
4.6 本章小結(jié) 118
參考文獻(xiàn) 118
第5章 分散石墨烯填充熱塑性復(fù)合材料 125
5.1 引言 125
5.2 石墨烯填充熱塑性復(fù)合材料的制備工藝 126
5.2.1 熔融共混法 126
5.2.2 溶液共混法 127
5.2.3 原位聚合法 127
5.2.4 其他方法 127
5.3 影響填充型復(fù)合材料熱導(dǎo)率的因素 127
5.3.1 填充量對(duì)熱導(dǎo)率的影響 127
5.3.2 填料形狀對(duì)熱導(dǎo)率的影響 128
5.3.3 填料尺寸和長(zhǎng)徑比對(duì)熱導(dǎo)率的影響 128
5.3.4 石墨烯與基體之間的界面影響 129
5.3.5 加工工藝對(duì)熱導(dǎo)率的影響 129
5.4 石墨烯填充熱塑性聚合物的導(dǎo)熱性能 130
5.4.1 分散石墨烯填充熱塑性復(fù)合材料 130
5.4.2 制備工藝對(duì)熱塑性復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響 132
5.4.3 石墨烯表面修飾對(duì)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率的影響 139
5.4.4 石墨烯與其他填料混雜填充 144
5.4.5 石墨烯基導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的制備 149
5.5 本章小結(jié) 152
參考文獻(xiàn) 153
第6章 石墨烯填充熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料 159
6.1 引言 159
6.2 石墨烯填充熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料常見(jiàn)的制備工藝 161
6.2.1 溶液共混法 162
6.2.2 三維石墨烯骨架法 163
6.3 石墨烯的表面修飾 164
6.3.1 非共價(jià)表面修飾 165
6.3.2 共價(jià)表面修飾 167
6.4 石墨烯表面包覆沉積處理 172
6.4.1 氧化物包覆層 172
6.4.2 聚合物包覆層 175
6.4.3 其他包覆模式 177
6.5 混雜粒子填充 177
6.6 本章小結(jié) 183
參考文獻(xiàn) 183
第7章 分散石墨烯填充彈性體復(fù)合材料 189
7.1 引言 189
7.2 彈性體 190
7.2.1 彈性體的特性 190
7.2.2 彈性體的本征熱導(dǎo)率 190
7.2.3 導(dǎo)熱彈性體的熱阻 191
7.3 加工方法對(duì)熱導(dǎo)率的影響 192
7.3.1 熔融共混法 192
7.3.2 溶液混合法 195
7.3.3 乳液法 196
7.3.4 原位聚合法 198
7.3.5 其他制備方法 199
7.4 石墨烯表面修飾對(duì)熱導(dǎo)率的影響 204
7.4.1 非共價(jià)表面修飾 204
7.4.2 共價(jià)表面修飾 206
7.5 石墨烯微球填充彈性體 210
7.6 石墨烯雜化填料填充彈性體復(fù)合材料 211
7.7 本章小結(jié) 217
參考文獻(xiàn) 217
第8章 石墨烯填充含能材料 223
8.1 引言 223
8.2 石墨烯直接填充含能材料 224
8.3 功能化修飾石墨烯填充含能材料 230
8.4 石墨烯與其他粒子混雜填充 233
8.5 石墨烯包覆炸藥粒子填充含能材料 242
8.6 三維結(jié)構(gòu)石墨烯填充含能材料 247
8.6.1 石墨烯定向結(jié)構(gòu)填充 247
8.6.2 石墨烯泡沫結(jié)構(gòu)填充 251
8.7 本章小結(jié) 253
參考文獻(xiàn) 253
第9章 高取向石墨烯填充聚合物基復(fù)合材料 257
9.1 引言 257
9.2 網(wǎng)狀石墨烯填充聚合物復(fù)合材料 258
9.2.1 石墨烯纖維 258
9.2.2 石墨烯織物 261
9.3 高取向石墨烯填充聚合物復(fù)合材料 267
9.3.1 面內(nèi)高取向石墨烯填充聚合物復(fù)合材料 267
9.3.2 面外高取向石墨烯填充聚合物復(fù)合材料 275
9.4 超高熱導(dǎo)率復(fù)合材料 284
9.5 本章小結(jié) 292
參考文獻(xiàn) 293
第10章 三維結(jié)構(gòu)石墨烯填充樹(shù)脂基復(fù)合材料 298
10.1 引言 298
10.2 采用化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯泡沫填充復(fù)合材料 298
10.3 采用高分子聚合物熱裂解法制備石墨烯泡沫填充復(fù)合材料 306
10.4 冰模板法制備石墨烯泡沫填充復(fù)合材料 309
10.4.1 單向冷凍 309
10.4.2 雙向冷凍 311
10.4.3 徑向冷凍 311
10.5 氣凝膠法制備石墨烯泡沫填充復(fù)合材料 313
10.6 石墨烯泡沫與其他碳系材料填充復(fù)合材料 316
10.6.1 石墨烯泡沫與零維碳系材料填充復(fù)合材料 316
10.6.2 石墨烯泡沫與一維碳系材料填充復(fù)合材料 318
10.6.3 石墨烯泡沫與二維碳系材料填充復(fù)合材料 321
10.7 石墨烯泡沫與氮化硼填充復(fù)合材料 324
10.8 本章小結(jié) 328
參考文獻(xiàn) 328
第11章 3D打印石墨烯填充聚合物復(fù)合材料 337
11.1 引言 337
11.2 3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介 337
11.3 FDM式3D打印石墨烯復(fù)合材料 339
11.4 DIW式3D打印石墨烯復(fù)合材料 345
11.5 激光式3D打印石墨烯復(fù)合材料 351
11.6 3D打印熱管理中的流動(dòng)設(shè)計(jì) 354
11.7 本章小結(jié) 361
參考文獻(xiàn) 362
第12章 對(duì)石墨烯填充導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料的散熱效果的評(píng)價(jià)與應(yīng)用 367
12.1 引言 367
12.2 散熱效果的模擬實(shí)驗(yàn) 367
12.2.1 電熱臺(tái)法 367
12.2.2 模擬仿真法 380
12.3 應(yīng)用簡(jiǎn)介 393
12.3.1 封裝材料 394
12.3.2 基板材料 397
12.3.3 熱界面材料 399
12.3.4 涂層材料 403
12.3.5 相變材料 404
12.4 本章小結(jié) 408
參考文獻(xiàn) 409
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