Al(OH)3包覆石墨烯氧化物/电气石复合材料的制备及其散热性能研究

摘要

随着电子设备的微型化和功率的增加，其耗散功率的密度也迅速增加，对电子器件的散热要求也越来越高。因此，研究人员通常向环氧树脂中加入一些具有高热导率的填料制备成热界面材料(TIMs)，从而提高热界面材料的导热性能。石墨烯具有较高的热导率，经常作为导热填料分散到环氧树脂中。但这类填料具有很高的电导率，将其分散到环氧树脂中会使复合材料的电导率增加，产生电子邃穿，从而干扰电子器件的正常工作，引起电子器件失灵，这将不利于热界面材料在电子封装领域的应用。针对这一问题，本研究利用电气石较高的红外辐射性能和Al(OH)3包覆石墨烯氧化物的高导热性能，制备出了一种具有低电导率和高热导率的导热填料。 本文首先采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO)，然后采用溶胶-凝胶法对GO进行Al(OH)3包覆，最后通过水热法将其与电气石表面复合，从而制备了一系列的Al(OH)3包覆的石墨烯氧化物/电气石复合材料，并采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对其进行表征。然后，将其分散到环氧树脂中制备成热界面材料，研究其对热界面材料的导热、导电以及机械性能的影响，并建立了导热模型。 结果表明，当导热填料中Al(OH)3包覆石墨烯氧化物含量为15wt%时，环氧树脂复合材料的导热系数有最大值，为0.5537W/(m·K)，与纯环氧树脂(0.2291W/(m·K))相比，提高了142%；环氧树脂复合材料的电导率随着填料中GO或Al(OH)3包覆后的石墨烯氧化物的含量的增加而增加，且含有Al(OH)3包覆的石墨烯氧化物/电气石的环氧树脂复合材料的电导率的最大值为1.24×10-5S/m，低于含有GO/电气石的环氧树脂复合材料的电导率(2.34×10-5S/m)。这是因为对GO进行Al(OH)3包覆后，在GO表面上形成的Al(OH)3层可以作为阻止离子迁移的离子阱，防止电子隧穿。因此，对GO进行Al(OH)3包覆可以降低环氧树脂复合材料的导电性；此外，本实验还对复合材料的力学性能进行了测试和比较，结果表明含有GO或Al(OH)3包覆后的石墨烯氧化物的导热填料的加入对环氧树脂基体的力学性能的影响不是很明显。

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