【摘 要】
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微电子元器件的高度集成化和微型化导致热功率密度急剧升高,有效散热成为电子设备稳定可靠运行的关键。在元器件和热沉之间填充高导热性能的热界面材料,有利于降低接触热阻、促进热量耗散,从而保证电子设备在合适的温度范围内运行。因此,研究、开发低成本、高性能的热界面材料成为推动电子产业发展的关键。沥青具有优异的粘接性能和密封性能,且易加工、价格低廉,是极具潜力的热界面材料基体。但沥青热导率低、力学性能弱、耐热
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微电子元器件的高度集成化和微型化导致热功率密度急剧升高,有效散热成为电子设备稳定可靠运行的关键。在元器件和热沉之间填充高导热性能的热界面材料,有利于降低接触热阻、促进热量耗散,从而保证电子设备在合适的温度范围内运行。因此,研究、开发低成本、高性能的热界面材料成为推动电子产业发展的关键。沥青具有优异的粘接性能和密封性能,且易加工、价格低廉,是极具潜力的热界面材料基体。但沥青热导率低、力学性能弱、耐热性差,难以满足高性能热界面材料的需求。本学位论文选用价格低廉的沥青为基体,通过添加高导热填料构建有效的填料导热网络以提高沥青的导热性能,同时提高沥青基复合材料的力学性能和耐热性。论文的主要工作与学术贡献如下:（1）采用预混料法,将表面接枝硅烷偶联剂的微米氧化铝粒子（m Al2O3）分散在苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）中,然后与沥青共混,制备了Al2O3微米粒子选择性分布在SBS相中的沥青/SBS/sd-Al2O3复合材料。SBS/m Al2O3相形成的导热网络结构提高了沥青基复合材料的导热性能、模量、拉伸强度和软化点。同时沥青/SBS共混物的成本仅为环氧树脂、硅橡胶类热界面材料基体的1/5、1/6,选用沥青/SBS共混物作为热界面材料的基体在降低成本方面具有明显的优势。（2）为进一步提高沥青/SBS/sd-Al2O3复合材料的力学性能和耐热性,采用高效、环保、可控的高能电子束对沥青基复合材料进行辐照。在电子束辐照过程中,SBS发生交联反应,同时与沥青进行接枝反应,提高了富SBS相的力学性能,强化了富SBS相与富沥青质相之间的界面相互作用。沥青/SBS/sd-Al2O3复合材料经电子束辐照后,导热性能几乎保持不变,但其拉伸强度、模量和耐热性得到显著的提升。（3）采用液相剪切法,在SBS/NMP溶液中实现了石墨的原位剥离和非共价修饰,然后将共沉淀制备的SBS/石墨纳米片（GNP）纳米复合材料与沥青进行共混,制备GNP选择分布于SBS相中的沥青/SBS/sd-GNP复合材料。SBS/GNP纳米复合材料中的GNP分散均匀、界面热阻低,在沥青/SBS/sd-GNP复合材料中形成高效的导热通路,显著提高了沥青基复合材料的导热性能。与球形微米Al2O3粒子相比,GNP更容易形成高效的导热通路,沥青/SBS/sd-GNP复合材料在2.9 vol%填充量下的填料导热增幅（）为30.7%,远高于沥青/SBS/sd-Al2O3在30 vol%填充量下的值（9.3%）。（4）采用工艺简便、高效、环保的三辊研磨法,在沥青中原位剥离石墨。GNP在沥青/GNP纳米复合材料中形成完善的导热网络。当填充量为25 vol%时,沥青/GNP纳米复合材料的热导率为1.95 W·m-1·K-1,比直接熔融混合制备的沥青/c-GNP复合材料高出114%。同时,GNP在沥青基体中分散均匀、与沥青之间的界面相互作用强,因此沥青/GNP纳米复合材料具有更高的模量、拉伸强度和软化点。
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