复合材料力学

1、Henan University of Technology复合材料力学论文题目:用氧化铝填充导热与电绝缘环氧复合材料得无缺陷石墨烯纳米片院系班级：工程力学13 0 2姓 名:黄义良学 号：一2用氧化铝填充导热与电绝缘环氧复合材料得无缺陷石墨烯纳米片孙仁辉1,姚华1,张浩斌1,李越1,米耀荣2,于中振3(1.北京化工大学材料科学与工程学院，有机无机复合材料国家重点实验室北京 10 0 0 29; 2、高级材料技术中心(CAM T),航空航天，机械与机电 工程学院J07,悉尼大学；3、北京化工大学软件物理科学与工程北京先进创新中心，北京10 0 02 9)摘要：虽然石墨烯由于其高纵横比与优异得导

2、热性可以显着地改善聚合物得导热性，但就是其导致电绝缘得严重降低，并且因此限制了其聚合物复合材料在电子与系统得热管理中得广泛应用.为了解决这个问题，电绝缘Al 203用于装饰高质量(无缺陷)石墨烯纳米片(GNP)。借助超临界二氧化碳(s c CQ),通过A l (NO3)3前体得快速成核与水解，然后在600C下煅烧， 在惰性GN P表面上形成许多 A1 2 03纳米颗粒。或者，通过用缓冲溶液控制 Al 2 (S Q )3前体得成核与水解，A 1 2 (SQ)3缓 慢成核并在GNP上水解以形成氢氧化铝，然后将其转化为 Al 2Q纳米层，而不通过煅烧进行相分离。与在sc C Q2得帮助下得Al 2O

3、 GNP混合物相比，在缓冲溶液得帮助下制备得混合物高度有效地赋予具有优良导热性得环氧树脂，同时保持其电绝缘。具有12% / (m- K)得高热导率，其比纯环氧树脂高6 7 7 %，表明其作为导热与电绝缘填料用于基于聚合物得功能复合材料.关键词：聚合物复合基材料(P M Cs)功能复合材料电气特性热性能Decorati o n of defect-free g r aph ene n anoplat ele ts w i t h alum i na for t h e r mally conductive and electrically i nsulating epoxy posite sRe

4、n hui Sun 1,Hu a Y ao | , Hao- Bi n Zhang 1, Yue Li1, Y i u Wi ng M a i2,z hon g-Z henYu3(1、Stat e Key Laborator y of Organic-Inorganic p osi tes, Colle ge o f Ma t e r ials S c ie n ceandE n g ineering,Beij i ng U niv e rsity of C he m ic al T e ch no lo gy, Be ij ing 1 00029, Ch i na ;2、Cent re fo

5、r A d vance d M a teria l s Tec hn o logy(CAMT) , Schoo l o f Aer o space , Mechani cal andMech a t ronic E n gin eer i n g JO 7, T h e Universityof Sydney, Sy d ne y, NSW 2 006, A ust ra lia;3、 Beij in g Advanced Innovation Ce n t e r f o r So f t M atter S cien c e and Engineer i n g , Beijing U n

6、ivers i ty of Ch e m ic a l Tech no l ogy, Bei ji n g 10 O 029, C hina)i mpro ve t h e th ermal c o n du c tivi ex c e l le n t thermal c o nd u c tance, i tAbst r ac t: Althou gh g r a p h ene c an signi f icantl y t y o f p olyme r s d ue to i t s hi g h aspect rati o a ndcause ss e r i ous reduc

7、ti o n in ele ct rical ins u l a tionan d thu s l im its the w ideapplic a tio n s of i t s po l ymer pos i te s i n t he t h erma l man a g em ent o f elect r oni c s and sy stem s、 To solve t h is p rob le m, ele ctr ical l y in sula ti ng Al 2o 3 is used to deco r a t e hi gh qu al i ty (defectfr

8、e e ) graphe ne nano pla tel ets (G N P s)、 A i ded by superc r iti cal carb on d i o xide (s c CO2) , nu mero us Al 2 O 3 na n op a rticles a re f ormed on t he inert GN P surfac e s b y fa st nuc l ea t io n and h ydrolysi s of Al( NO 3)3 precu r so r fo l lowed by c a l c in at i on a t600 C、A lt

9、 e r nati v e l y , by con t roll i ng nuc l eatio na nd hydroly si s of A12 (SO4)3p re c ursor with ab uffersol u tion ,Al 2(SO4)3 s lo w ly nucleat esand h y dr o l yze s on GN Ps tof o r malumi n umhyd roxide, which isthe n con v erte d t oA I2O3 nan olayers w i tho ut p h ase separationby c al c

10、ina t ion、p ared to the Al 2O 3 GNP hybridw ith the assist an ce of scCO 2,th eh ybrid pre p ared w ith th ehelp ofa bu f f er s olu to nis hi g hly e f ficie nt in con fer ring ep ox y wi th e x celle ntt herm a lc ond u ctivi t y whileret a ining its electrica l insul a tion、 E p ox y p osite wit

11、h 12 wt % of AI2O3GNP hybr id exh i b i t sa hig h t herm a l con ductivityof 1、49W /(mK ), w h i c h is677% hig her t han that of n eate po x y, indicati n g itsh ighpotent ial as t he r ma ll ycon duc t ive and e lectr i cal ly in su lat i ng f il l e rs f o r po l ym e r ba sed fun c t i on a l p

12、 o si te s、Keyword s: P o lymer-m atr ix posites (PMCs ) ; Functi o nal p osit es; El ec tr i ca l pr o pe rt ies;The rm al pr op erties1、介绍充得复合材料保持电绝缘。通常需要高负载(质量 百分比5 0%)以获得具有令人满意得导热性得随着电子器件得高集成化与小型化，积累得热 量得快速与高效得耗散对于各种高性能器件得正常 功能变得越来越重要。导热聚合物复合材料就是热 传输与散热得一类重要得热管理材料，由于其轻便 与易于加工而广泛应用于包括发光二极管(L E D)

13、与电子封装得应用中。由于大多数聚合物得低热导 率(？ 0、2W/ (m K),使用各种导热填料来增强它们得导热性。在这些填料中，电绝缘陶瓷填料如 Al 2O3,B N与A l N可赋予聚合物高导热性,同时填 聚合物复合材料,这严重损害聚合物得机械性能并 导致复合材料得加工困难与陶瓷填料相比，二维石墨烯具有更高得热导 率(？ 5 30 O W / (m K)，因此更有效地提高聚合 物得热导率。然而，其高导电性使得不可能制备导热 但电绝缘得聚合物/石墨烯复合材料，因为导电性对 石墨烯得含量比热导率更敏感，并且在低填充填料 下可容易地实现高电导率，然后发现聚合物复合材 料得热导率明显增加。如果导电聚

14、合物复合材料用于电子器件，必须进行电子元件得特殊结构设计， 以避免器件内部发生电短路。为了充分利用石墨烯对于电绝缘聚合物复合材 料得优异得导热性，已经开发了各种技术以通过在 石墨烯表面上构造绝缘纳米颗粒或纳米层来抑制其 高电导率。Hsi ao以及其她人通过溶胶 -凝胶法用二氧化硅涂覆热还原氧化石墨烯(TGO )。对于质量分数为1%得T GO二氧化硅杂化物，其环 氧复合物显示出0、32 W /(mK)得导热率与电 绝缘性能(2、9 6X 1 0m)。然而，二氧化硅涂层得差得固有热导率与杂化物得低负载导致热 导率得有限增加。与TGO相比,TGO通常在1050 C 得中等温度下热还原，并且仍然含有含

15、氧基团与缺 陷，因此具有适度得导热性 ，高质量(无缺陷)石墨 烯纳米片(GNP)通过TGO板在2200 C得热退火，更 具有导热性。例如，对于仅具有5、3%质量分数得无缺陷得GNP得聚乙二醇复合材料，获得1、35W /( m K)得高热导率。虽然无缺陷得G NP就是高导热得，但它们得 惰性表面使得难以通过电绝缘纳米材料涂覆或装饰 幸运得就是，环保超临界二氧化碳(scCO2)流体由于 其零表面张力与高扩散性而被证实在润湿惰性表面 就是有效得，无机纳米颗粒得前体可以吸附到GNP得表面上，并随后转化为纳米颗粒与纳米片通过煅 烧。在s cC O 2得帮助下，AIOO H 与MnO 2很好 地装饰在石墨

16、烯得惰性表面上。然而，分离得纳米 颗粒通常导致松散与多孔结构，这将降低杂化物得 热导率.最近，我们通过使用缓冲溶液封装具有集成 得层得碳纳米管(CN T ).与CN T相同得石墨烯表 面特征应该使得可以在G NP上构造紧密与固体得 A l2 O3层。然而，据我们所知，很少有文献报道了 通过在scCO2流体或缓冲溶液得存在下在无缺陷得 GNP上涂覆电绝缘层来合成导热但电绝缘得混合 物。在这里，通过控制成核与水解过程，Al 2 O3纳米颗粒与纳米层分别在 sc CO2流体与缓冲溶液 得帮助下在GN P上生长合成得AI2O3 GN P混合 物有效提高环氧树脂得导热性并保持环氧树脂得电 绝缘性。1%质

17、量分数得GNP已经足以使环氧树脂 具有导电性。对于在sc CO 2 (Al 20 3 GN P B S )得辅助下制备得杂化体，环氧复合材料得保持电 绝缘得最大负荷增加至10 %，导热率为0、96W /(mK)，12%得该混合物在导热率为1、4 9W /(m -K)得缓冲溶液(AI2O3 GNP - B S)中制备这些热导率 远高于那些公开报道得具有高得多得填料负载得导 热与电绝缘复合材料，这表明作为聚合物复合材料 得有效得导热填料得潜力。此外，还研究了锚固得 AI2 O 3得微观结构对复合材料性能得影响2、实验2、1、 材料通过在1050 C下热氧化石墨氧化物，然后在220 0 C下在氩气气

18、氛中退火制备得无缺陷得GNP由上海潮县新材料科技有限公司(中国)提供。AI(NO3 ) 3 9H 2O, AI2(SO 4)3 18H2O,甲酸 与甲酸铵购自J& K Sci.有限公司(中国)二氧化 碳气体(99、99%，阳极气体)，环氧单体(N P EL 1 2 8,Nanya PIa s ti cs )，4,4'-二氨基二苯基甲 烷(D DM ,AIa d din-试剂),商业 aAI2O3(Ho n gh e C hem i caIs),多壁 CN T (TN G M2 , T i m e snan o )与商业 GNP ( M15,X G Scie n ces)直接使用

19、而无 需进一步纯化。2、2、AI2 O3G NP杂化物得制备A I 2 O3GN P杂化体使用两种不同得方法制备 . 对于s cC O 2辅助方法，通过超声处理将1、0 g GNP 与 6、0gAI ( NO3)3 9H 2 O 分散在 100mI 乙 醇中，将所得混合物装入高压高压釜中。然后用 6MP a得CO2填充高压釜，并通过将温度升高至 1 4 0 C来实现CO 2得超临界状态。在剧烈搅拌下反 应持续12小时后，将高压釜冷却至室温并缓慢减 压。将所得物离心并用乙醇反复洗涤 ，在8 0C下干 燥2 4小时,最后在惰性气氛中在 6 0 0 C下煅烧3小 时以除去吸收得水与残余前体 将所得得

20、粉末称为 AI2 O 3 G NP-SC混合物，其中均匀分散得Al 2O3 纳米颗粒涂覆在 GN P上在缓冲溶液辅助方法中， 使用由甲酸与甲酸铵水溶液(0、2M)组成得缓冲溶 液(p H =4、4)合成AI 2O 3GNP杂化物。然后将0、2g用 HNO3温与处理得 GNP与1、2 g A I2(S O 4)3 18H 2O分散在5 0 0mL甲酸/甲酸铵缓冲 溶液中。在悬浮液在 85C下反应2小时后，将所得 物洗涤，干燥并在600C下煅烧3小时，其具有与s cC O 2辅助方法相同得煅烧条件。该产物标记为AI 2O3 G NP- BS杂化物，其中均匀得 AI2O 3纳米层没 有相分离涂覆在

21、GNP上。2、3、环氧/ Al 2 03 GNP复合材料得制备通过溶液混合制备导热环氧树脂/ A 12O3G NP复合材料。首先，通过温与超声处理制备AI20 3GNP/乙醇悬浮液，在75C下与环氧单体混合 1小时, 然后升高温度以消除气泡并蒸发残余得乙醇在连续搅拌下加入 D D M固化剂(DD M /环氧=1/2、 6,w / w),接着进行另一个气泡去除过程，将混合物倒入聚四氟乙烯模具中，在80C下固化2小时， 在13 0C下后固化3小时。为了比较，也使用类似得混合与固化程序制备填充有商业填料得环氧基复合材料。2、4、表征使用配备有能量色散 X射线分光镜(EDX )与 JEO L JE M

22、 3 01 0高分辨率透射电子得日立 S47 0 0场发射扫描电子显微镜(SEM)观察Al2O3 GNP混合物及其环氧化合物得微结构显微镜(TE M)。使用E ru ke r A XS D 8高级X射线衍射 (XR D), Therm o V G RSC AK AB 2 50 X 高分 辨率X射线光电子能谱仪(XPS )与Ren ish awi nVi a Ra m a n显微镜对GNP及其杂化物得 结构与化学变化进行表征(UK)。使用TA Q 5 0热 重量分析仪(T GA )在空气气氛下从 30至10 0 0 C测定杂化物中得 Al2O3含量。交流(AC )电导率 得测量在室温下在100

23、Hz至100M H Z得频率范围内在 A g i 1 ent 4 294A精密阻抗分析仪上 进行。使用 K eit hl e y In st rum ent s 42 0 0 -SCS半导体表征系统(>1 0 6 S /m )与 Ke i thley In str ume n ts 6517 B 电阻率 计(<1 0 6 S / m)测量环氧复合材料得直流 (D C)体积电导率。根据公式计算环氧复合材料得贯 通平面热导率(K:(1)其中a就是热扩散系数,Cp比热容与p密度。 使用N e tzsch L FA 4 67闪光装置在2 5 C下测 量尺寸为10X 1 0X1、5m m 3

24、得环氧复合材料 得热扩散率。使用P erk in Elmer Pyris 1差示扫 描量热计(D SC)与配备有密度测量试剂盒(瑞士) 得M e tte r -T o ledo天平测量复合材料得比热容与 密度(1、15 1、25 g / c m 3) AS T M 7 9 2 00。3. 结果与讨论3、1、由scCO2流体与在缓冲溶液中辅助AI2O3GNP杂化物得合成确认T GO得咼温退火可以通过去除 T G O得 缺陷与残余含氧基团来提高其热导电性与导电性，以及由此产生得无缺陷得 GNP s表现出化学惰性 表面,这使得G NP得装饰或涂层困难。 图1a示出了 通过流体反溶剂方法与缓冲溶液辅助

25、沉积方法得具 有电绝缘A 120 3GNP得装饰。在scCO2流体方法中，Al ( N O 3) 3得乙醇溶液被scCO2溶胀，因此 Al( NO 3) 3得溶解度大大降低，导致 A l (N O3)3得 严重过饱与与同时成核。GNP容易被s cCO2润湿并且提供用于 A 1( NO 3) 3成核得丰富表面在 scCO2得帮助下，A 1( NO3)3在1 40C水解，在G NP 上形成氢氧化铝，然后通过在600 C下煅烧将其转化为Al 20 3纳米颗粒。或者，在甲酸/甲酸铵缓冲溶 液中,离子化得羟基离子得量就是中等且稳定得，这使得A 1 2 (S O4) 3缓慢成核并在 GNP表面上水 解以形

26、成氢氧化铝纳米层，其然后转化为AI2O3纳米 层通过在600 C下煅烧.注意，通过控制溶液得初 始p H值以确保形成均匀且薄得氢氧化铝纳米层而 不就是纳米颗粒，通过调节氢氧根离子得供应，应仔 细平衡成核与水解将合成得Al 2 O3 GNP混合物与 环氧单体混合以制备导热但电绝缘得环氧基复合材 料。预期装饰得A 12O3得存在可以通过防止 GNP 得直接接触而大大抑制环氧复合材料得导电性，而导热A 1 2 O3与G NP组分都可以在环氧基质中提供 有效得声子转移图1 b d显示了通过不同方法合成得Al 203G NP杂化物得形态。与 GNP得光滑表面(图 S1)相反,A 1 2O3GNP SC杂

27、化物在具有高扩散率与 零表面张力得s cCO 2流体得辅助下在惰性 GNP上 显示均匀得 AI 2O3颗粒（图1b , S2-S4）。从截面 SEM图像观察到得 A 1 20 3颗粒得厚度小于50nm（图S3a得插图）可以瞧出,GNP被电绝缘AI 2 O 3纳米颗粒良好地锚定，尽管它们之间存在多孔空 间，这可以中断导电石墨烯片得可能得直接连接，并且因此阻碍环氧复合材料内得电荷转移。然而， 令人感兴趣得就是A 12 O 3G N P - B S杂化体显示出 明显不同得形态。没有粒状颗粒，但观察到薄得压 实与平得 A 1 2 O3 层（图 1c,S 2,S3）。 A 120 3 层得厚度估计为从横

28、截面图像约3 6 nm。相反，当AI 2（ SO4 ）3前体溶于水而不就是缓冲溶液时，由于3、7得低初始pH值（图S5）,在GN P上不能形成沉 淀类似地，如果 AI 2 （ SO4）3水溶液得pH值增 加到6、5，由于AI3+得快速水解与成核，仅观察到大得团聚体（图S5）通过TEM图像进一步验证了致 密与固体AI 2O3层得形成。基板G NP被锚定得AI2 O 3完全覆盖（图1 d）。此外，C ,0与AI元素得 均匀分布也证实了在 G NP上A 1 2O3层得完全与紧 密得涂层（图S6）. AI 2 O 3纳米层得涂层将有利于杂 化物在聚合物基质中形成导热但电绝缘得网络A 1 20 3涂层大

29、大增强了 GNP s得热稳定 性（图2 ）在空气气氛下，GNP被完全分解与燃 烧，没有残留物（图2a）。然而，两种AI20 3G NP混 合材料表现出显着改善得热稳定性，因为热稳定得 AI2O3涂层充当绝缘体与质量传输保护阻挡层，从 而降低分解速率并延迟GNP分解释放得挥发性产物得逃逸。如图所示如图2b所示，A I2O3GNP- S C 与 BS杂化物得最大分解温度（Td）分别为高于GN P得698C得1 0 2与112C。这归因于致密得 A 1 2 O3涂层对G NP得氧化降解得保护作用，其比由M g 0 石墨烯8 ,TGO 二氧化硅，与氧化铝涂覆 得石墨片，其最大Td分别比它们得碳基底高约

30、10,50与70 C。由于GNP完全分解，残余物应就是热 稳定得A I2O3组分。因此 AI 2 O3得含量被确定为对 于AI 2O3GNP B S杂化体为3 6%得质量分数，对于A 1 2O3GNP SC杂化体为38%。在空气气氛 中填充有AI 2O3GNP混合物得环氧树脂及其复合材 料得TGA曲线如图1所示。结果表明，环氧复合材 料得热稳定性可以比得上或甚至优于纯环氧树脂，这对于实际应用就是非常关键得iqi JOO 3M M 彌 TDffl 9Mi 90D1>Q££VHtpMhrv fC|iUO7lHMid 1mTimponUnlCkJ.4-o-1 o fttc*

31、IIDJU* 冷S4S10 SI H 4D 10 Ml hi M >9Iga 叭一一血*皿4严十A* A*2t* »* 右4QD M9 1ZM UM 2MH Z» Im 32MRdinan« siillt |cm 1图2c显示了GNP s与A I2O3GN P杂化物得 XRD 图案在所有样品中出现得26、4°处得衍射峰对应于高度石墨化得 GNP.对AI 2 O 3GN P BS与A 1 2O3GNP SC杂化体没有新得特征峰出现，表明A1 2 O3涂覆得颗粒与层得无定形特征。注意 ，在通过 缓冲溶液方法涂覆 AI2O3层之前通过H NO3对GN P

32、 得亲水处理不会损害其结晶结构并引起结构缺陷（图S 8）。通过拉曼光谱评G NP及其杂合体（图2d）。典型得 D （1348 c m1）与 G （1580 c m 1）带通常对应于缺陷得发生与 sp2碳对之间得面 内拉伸运动。对于GNP ,。带得缺乏再次证实了在 2200 C退火后得 GNP得高质量然而,对于A1 2 0 3G NP SC与A 1 2O3 GN P-B S杂化物观察到弱得 D带峰，其ID / I G强度比分别为0、10与0、0 9 ,这可推断GN P基底与A 1 2O3之间得相互作用 得形成.GNP与A 1 2O3GNP杂化物得化学组成也用 XPS光 谱评估（图3） 可以瞧出，

33、GNP具有相当低含量得 含氧基团，如其高C / O比（54、6 ）与几乎消失得1 秒得O得峰（图3a与图9）所证明得。然而，由于A1 2O3涂层得存在，AI2O3GNP BS与A I2O3G NP-S C杂化物得C / O比分别显着降低到 2、0与2、7 （图3a与b）。此外，杂化物中 AI 2 O3得形成也通过 O 1s光谱中A 1 OA I与A 1 OH键得特征峰与 A I 2 p光谱中74、6或7 4、7eV得峰证实（图3c 与d ）。TFT 曳尹翟.3£1*老匸Blrlihu *i»wi-|IW 胡軒3、2、环氧复合材料得电绝缘性能f ft- )<|Htl&#

34、39;fr v 昭irOH性1 J 3 J 5 6 7 0 fig fl 1 Ji JU. 15 f Ilia crarilHit 加 iAl 2O3GN P混合物用于制备导热与电绝缘得环氧复 合材料。图4a示出了作为环氧复合材料得频率得函 数得AC导电率得曲线图。作为绝缘体，纯环氧树 脂具有典型得频率相关特性，在低频下具有电阻行 为，在高频下具有电容行为然而，仅添加1重量%得 GNP导致具有几乎与频率无关得导电性行为得电 导率增加5- 6个数量级。对于具有质量分数为3%得G NP得环氧复合材料观察到完全得频率无关特 征，表明这种负载已经足以形成导电网络。GN P得高固有导电性与大纵横比导致在

35、低负载下从电绝缘 到导电得快速转变，这意味着不可能制备导热但电 绝缘环氧复合材料。有趣得就是 ,A 1 2O3得涂层有 效地抑制了 GNP得导电特征。具有 Al 2O3GN P混 合物得环氧复合材料表现出典型得频率依赖性AC导电性，并且对于A 12O3GN P SC 混合物,在负 载量仍小于10%质量分数，对于A 1 2 OsGNP B S 杂质，仍然就是电绝缘得 （图4b与C）。图4:为了更准确地比较电性能，图4 d示出了不同 环氧复合材料在100H z下得AC电导率。仅添加质 量分数为1 %得GNP使环氧树脂得电导率从 6、0 X 1 0 1 0 S / m 快速增加到 1、2 X 1 0

36、 5 S/ m,并且环氧复合物得电导率大于10 2 S /m更高得负荷。然而,A 1 2O3GN P混合物不显着改 善环氧树脂得电导率，即使在高得多得负载下，其 仍小于10 8 S / m,保持电绝缘特征。例如， 具有质量分数为10%AI 2O3GN P-SC与质量分数为 1 2%A I2O3GNP BS得复合材料得电导率分别低 至 3、6X 10 9 与 6、7X 10 9 S / m。此外，不 同环氧复合材料得直流电导率在填料得重量含量与 G NP得体积含量（图S 10）方面进行比较，这与 AC 电导率结果很好地一致。与环氧/ A I2O3GNP- S C复合材料相比，A 12 O3GNP

37、 B S复合材料表现出更好得电绝缘性能 （图4与图10），这与GN P表面上A I2O 3得不同形 态有很好得相关性（图1）。对于 AI2O3GN P S C,虽然形成得A I2O3颗粒可以覆盖大部分 GNP表 面,但就是GNP边缘上得一些孔隙与裸露区域将有 助于电子传输，从而削弱绝缘性能（图S3）。然而，3、3、环氧复合材料得导热性能图5 a与图5 b. S1 1显示填充有 GNPs与Al 2O 3 GNP混合物得环氧复合材料得热导率。显然，对 于所有三种类型得复合材料，热导率随着GNP含量 得增加而逐渐增加。环氧/G N P复合材料显示具有在AI 2。3 GNP BS杂化体中，致密与固体

38、AI2O 3 纳米层包封GNP,因此有效抑制涂覆得G N P之间 得电子传输，保持更好得电绝缘。5、6体积%得GNP得热导率为1、80W /( K ), 其对于环氧/ AI2O3GN P SC复合材料略高于 1、 40W/ ( mK )环氧树脂/ AI 2 O3GNP BS复合材料.这就是因为AI2O3涂层得导热性比 GNP得导热性相 对较低。因此，厚得 Al 203纳米层将降低 AI2O3G N P杂化物及其环氧复合材料得热导率例如，A12O3GN P -SC杂化物中Al 2O3含量从质量分数为 38 %增加到55%,导致环氧复合材料得导热率从0、9 6降低到0、77W /(mK)。与由大

39、A 1 2O3颗粒 组成得Al 2O3GNP -SC混合物(图1b)相比,更紧凑 与更坚固得 Al 2O3G NP BS混合物提供了更好得 热导率从图中可以瞧出。 图1 a, S2与S3,在Al 2 O 3 GNP-SC复合材料中得球形 A 1 2O3颗粒中存在 许多孔隙，这会严重恶化导热性并且导致环氧树脂/Al 2O3GNPSC复合材料与其对应物相比具有较 低得热导率尽管GN P在类似负载下比A l2O 3 G NP混合物提供了比环氧化合物更好得导热性，但就是其保持环氧复合材料得电绝缘得最大负载低于1、0%(图4与图1 0 )，其中热导率为低至0、50W/ (m K)(图5与图S11).当同

40、时需要优异得导热性 与电绝缘性能时，环氧 / A 1 2O 3G NP复合材料得 优点就是显而易见得。 对于Al 2O3G NP SC,热传导 但电绝缘得环氧复合材料得最大填料含量占10%得质量分数，对于A 1 2O3GNP BS为12%，它们得相 应得热导率为 0、9 6与1、49W / (m K)远远 高于文献中报道得导热但电绝缘得复合材料(表S1)。这些结果表明 A 1 2O3GNP混合物作为功能性 聚合物纳米复合材料得导热与电绝缘填料得高电 位.图5:r址 Eij iFE-rzfc.为了进一步说明 Al 2O3G NP混合物得优越性，在热 导率与电绝缘方面比较了填充有各种填料得环氧复

41、合材料(图5b)。与电绝缘特征无关，具有商业a-Al 2O3与B N 得环氧复合材料显示出小于0、60W /( m K)得差得热导率。尽管具有多壁CNT s与商业GNPs得环氧复合材料显示出更好得 热导率，但就是总就是获得？ 1、0 S / m得高AC 导电率只有 A I20 3G N P混合物才能很好地平衡 优异得导热性与电绝缘性。具有AI 20 3GNP- B S得环氧复合材料表现出1、49W / (m K )得最高热导率，具有6、7 X1 0 9S / m得令人满意得电 绝缘。因此，可以通过导热但电绝缘得A 1 2 O3涂层充分利用无缺陷 GNP得导热性质并抑制其高导 电性。填充不同类型填料得环氧复合材料得微观结构 在图1中进行比较。与纯环氧树脂得相当平滑与脆 得断裂表面(图6 a)相比，由于填料得存在，复合材 料表现出较粗糙得表面。一些GNP聚集体在环氧/GN P复合材料中也显示出清楚得界面，因为化学惰性得GNP与环氧基质之间得不相容性 (图6 b)。有 趣得就是，界面相互作用通过在 GN P上涂覆得 AI 2 O3纳米层得到改善，因此在填充有两种 Al 2O3G N P 混合物得环氧复合材料中获得更好得填料分散(图6c与d)，这就是形成热在环氧复合材料中得导电网 络