论文部分内容阅读
聚合物基导热/导电复合材料由导热或导电填料和树脂基体复合制备的功能型复合材料,在传热和导电领域有广泛的应用。文中针对电子芯片封装散热、LED透明导热封装、柔性薄膜加热器件和柔性电子器件电极领域分别开发了特种功能型导热/导电复合材料,并对材料的导热导电、电磁屏蔽、力学性能、透光性、导电自修复等性能做了研究测试。使用无极镀银的方法制备了镀银碳纤维(APCF),碳纤维表面银层厚度为450 nm,银的质量覆盖率为99.01%,原子覆盖率为95.65%,未有银的氧化物。将镀银碳纤维填充环氧树脂基体,制备了导热、电磁屏蔽复合材料。APCF含量为4.5%和7.0%时,复合材料的热导率分别为2.33 W/(m·K)和2.49 W/(m·K)。APCF填量从0%增加至7.0%,复合材料的体积电阻率和表面电阻率分别由1.7×1016Ω·cm和6.9×1015Ω下降到9.5×103Ω·cm和6.2×102Ω。4.5%APCF填充复合材料在8.2-12.4 GHz(X波段)电磁屏蔽效果为38-35 dB,表明99.9%电磁波被削弱。7.0%APCF填充复合材料的冲击强度和弯曲强度为别为67 kJ/m2和138.6 MPa。制备可用于LED封装的透明导电复合材料,该材料以透明聚酰亚胺为基体,采用聚丙烯酸酯超薄层将纳米银线(AgNW)附着于透明聚酰亚胺基体获得了AgNW/聚酰亚胺复合材料。聚丙烯酸酯薄层限制AgNW网络于聚酰亚胺材料表面,避免复合材料热固化过程中AgNW向树脂基体内部的移动,最终达到提高复合材料表面导电性。40Ω/sq和7Ω/sq复合材料在550 nm处的透光率分别为82%和76%;具备良好的耐热性能,其中7±1Ω/sq复合材料持续加热168 h,方阻上升至16±3Ω/sq。为了检测复合材料的平面导热性,首次开发了半球热扩散测试仪,观察半球体内部温度分布,复合薄膜材料可显著降低半球体内部核心温度。以三种丙烯酸酯单体,通过光固化的方式制备了透明耐高温聚丙烯酸酯柔性薄膜,该聚合物的玻璃化转变温度为140℃,在200℃的存储模量为310 MPa,表现出比商业PET产品更好的耐热性。在AgNW网络上涂覆丙烯酸酯单体,使用紫外光固化制备了AgNW/聚丙烯酸酯透明导电复合薄膜,方阻为60Ω/sq,25Ω/sq,15Ω/sq和10Ω/sq的复合薄膜在550 nm处的透光率分别为89.5%,86.4%,84.4%和81.0%。25Ω/sq复合薄膜在11 V电压时达到的饱和稳定温度为160℃。BN填充聚丙烯酸酯基体可缩短薄膜电致加热时间,提高加热饱和稳定温度。3%BN填充聚丙烯酸酯基体,获得AgNW/BN/聚丙烯酸酯复合薄膜,基体热导率提高至0.46 W/(m·K),AgNW/BN/聚丙烯酸酯复合薄膜电致加热产生138℃表面高温,持续1080 min下降至136℃,产生热量的同时可弯折3000次。柔性导电材料作为电极在柔性电子器件领域发挥着重要作用,开发导电自修复材料可有效的解决弯折过程中的导电衰减。采用分别含有呋喃官能团和亚胺官能团的两种单体聚合制备了狄尔斯-阿尔德热致自修复透明聚合物,并使用一种聚丙烯酸酯类超薄层(P(PA-FM))作为中间媒介层将AgNW网络附着于狄尔斯-阿尔德聚合物(P(FR-BME))表面,从而提高表面导电性和导电自修复效率。方阻为18Ω/sq的柔性透明导电复合材料AgNW/P(FR-BME)在550 nm处透光率为80%。电阻为18Ω的复合材料经过刀片切割破坏失去导电性,100℃加热修复6 min之后可至21Ω,力学修复效率为97%。该材料在相同位置连续破坏-修复三次,其电阻依次为21Ω,60Ω和700Ω。使用AgNW/P(FR-BME)导电自修复复合材料首次开发制备了自修复电容触控屏,刀片切割破坏触控功能,80℃加热30 s即可恢复电容触控功能。为了提高加热修复效率,使用MWNT填充P(FR-BME)聚合物提高基体导热性能,0.5%MWNT含量的MWNT/P(FR-BME)复合材料的热导率为0.46 W/(m·K),力学修复效率为90±3%。导电弹性体即弹性体在松弛和拉伸状态下都具有良好的导电性能,反复拉伸导致的导电衰减也可恢复。以狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder或DA)反应制备了FM-DA自修复高分子弹性体,PEDOT为导电中间层,以原位聚合并采用预拉伸的方式制备30%预拉伸AgNW/PEDOT/FM-DA导电自修复弹性体,其中PEDOT中间层提供了AgNW导电网络和FM-DA基体之间的动态可调附着力。初始方阻为15Ω/sq的AgNW/PEDOT/FM-DA弹性体经刀片切割破坏失去导电性,加热修复后方阻下降至18Ω/sq,与原始材料对比在30%和60%拉伸时电阻分别增大了3Ω和68Ω。PEDOT导电层导通断裂AgNW,降低拉伸电阻。15.0Ω弹性体材料经过800循环30%拉伸之后基线电阻和峰值电阻分别上升至20.3Ω和32.0Ω。