环氧树脂(EP)是由含可反应环氧官能团的环氧基体和含有氨基或羟基的固化剂交联反应而成。环氧树脂由于其出色的力学性能被广泛应用于胶粘剂、涂料、耐腐蚀材料等领域,然而环氧树脂存在热导率低,散热性能差的问题,限制了其作为导热胶在电子封装、航空航天等领域的应用,因此提高环氧树脂的热导率至关重要。多年来,研究人员通过各种实验手段研究提高环氧树脂热导率的方法,结果表明,高导热填料的添加有效增加聚合物基体的热导率,然而当填料添加量较少时,聚合物基体本征热导率则起重要作用。此外,界面热阻的存在影响高分子复合材料导热性能。因此提高基体树脂本征热导率、提高复合材料界面热导成为进一步改善高分子材料热导率的关键。然而利用传统实验方法很难全面了解影响体系热导率的微观机理,因此引入分子动力学模拟技术从微观尺度探讨热导率影响因素。本课题采用非平衡分子动力学(NEMD)模拟方法,利用粗粒度和全原子模型,从基体树脂分子链结构、填料结构等方面对环氧树脂及其复合材料导热微观机理进行探究。研究内容包括以下两个方面:1.利用粗粒度模拟方法,研究体系交联度、固化剂链长及固化剂官能度对热固性树脂热导率的影响,并深入探讨非键相互作用及声子态振动耦合程度与热导率之间关系。研究发现,环氧树脂体系中,非键相互作用在热传导中占据主体地位;由于非键相互作用的降低和共价键数目的增加,两者协同作用,使交联度的增加对体系热导率没有较大影响;短分子链以及多官能度固化剂的引入,会引起体系非键相互作用的增加和声子耦合程度的提高,进而引起体系热导率的增加。2.采用RNEMD方法,使用全原子模型研究石墨烯/环氧复合材料中,界面热导的影响因素。本课题着力于探讨如何对石墨烯片表面进行处理进而降低界面热阻,提高复合材料界面热导,并通过声子耦合程度、界面结合能等手段表征界面情况。石墨烯片中缺陷的引入有利于提高复合材料界面热导;通过引入不同的官能团,对石墨烯表面进行官能化处理,也能有效提高界面热性能。研究发现,缺陷石墨烯有助于提高复合材料界面结合能,进而提高界面热导;石墨烯表面进行官能化处理后,随着官能化浓度的增大,界面相互作用增强,氢键数目增加,体系分子链堆积紧密,导致自由体积分数降低,减弱界面处声子散射。同时,石墨烯进行官能化处理后,碳原子杂化方式发生改变,界面声子振动耦合程度增加,因此体系界面热导增加。