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本书以面向热管理应用的石墨烯填充聚合物导热复合材料为目标，从复合材料的合成、微观结构表征、热学性能表征到潜在的工程应用，进行了系统介绍。填充相包括石墨烯片、石墨烯膜、取向石墨烯和三维石墨烯结构，也包含了 BN、Al2O3 等粒子；基体树脂包括热固性树脂、热塑性树脂、硅橡胶及含能材料。复合材料制备工艺包含溶液混合法、熔融共混法、原位聚合法等。 ，本书对石墨烯填充聚合物导热复合材料的散热效果与应用进行了介绍。

目 录

第1章 石墨烯及其填充聚合物导热复合材料的导热机理1

1.1 引言1

1.2 石墨烯的结构及基本性能1

1.2.1 石墨烯的结构1

1.2.2 石墨烯的基本性能1

1.3 石墨烯的导热机理2

1.4 聚合物及其复合材料的导热机理4

1.4.1 聚合物的导热机理4

1.4.2 聚合物复合材料的导热机理5

1.5 预测聚合物基导热复合材料热导率的数学模型7

1.5.1 串联和并联模型7

1.5.2 Maxwell-Garnett模型和Bruggeman模型8

1.5.3 Bruggeman模型9

1.5.4 Hamilton-Crosser模型10

1.5.5 Every模型11

1.5.6 Tsao模型和Cheng-Vachon模型12

1.5.7 Zhou模型13

1.5.8 Spinger-Tsai模型14

1.5.9 Rayleigh模型15

1.5.10 Agari模型16

1.5.11 Halpin-Tsai模型和Nielsen-Lewis模型17

1.5.12 Hatta模型17

1.6 本章小结19

参考文献19

第2章 石墨烯及其填充树脂基复合材料制备技术24

2.1 引言24

2.2 石墨烯的制备方法24

2.2.1 自下而上的方法24

2.2.2 自上而下的方法32

2.2.3 氧化还原法32

2.2.4 液相剥离法33

2.2.5 等离子法33

2.3 石墨烯表面修饰38

2.3.1 共价修饰38

2.3.2 非共价修饰43

2.4 二维石墨烯填充聚合物复合材料的制备方法47

2.4.1 溶液混合法47

2.4.2 熔融共混法48

2.4.3 原位聚合法49

2.5 三维石墨烯结构填充聚合物复合材料的制备方法50

2.5.1 化学气相沉积法50

2.5.2 多孔聚合物的碳化法51

2.5.3 冷冻干燥法52

2.5.4 石墨烯气凝胶法58

2.5.5 核壳结构60

2.5.6 高取向石墨烯61

2.6 本章小结64

参考文献65

第3章 石墨烯填充聚合物复合材料热导率的测试方法74

3.1 引言74

3.2 稳态法75

3.2.1 保护热板法75

3.2.2 比较法76

3.2.3 热流计法77

3.2.4 径向热流法78

3.3 非稳态测量方法79

3.3.1 激光闪射法79

3.3.2 3ω法80

3.3.3 热线法81

3.3.4 瞬态平面热源法81

3.4 石墨烯本征热导率的测量方法82

3.4.1 显微拉曼法82

3.4.2 热桥法84

3.4.3 脉冲光热反射系数法85

3.4.4 焦耳热法86

3.5 本章小结87

参考文献87

第4章 石墨烯膜的制备与性能91

4.1 引言91

4.2 石墨烯膜的制备91

4.2.1 氧化石墨烯还原法92

4.2.2 膨胀石墨压延法106

4.2.3 化学气相沉积法107

4.2.4 聚合物薄膜碳化-石墨化法109

4.3 石墨烯膜的热导率111

4.3.1 石墨烯膜的面内热导率112

4.3.2 石墨烯膜的面外热导率113

4.4 氟化石墨烯膜116

4.5 前景展望117

4.6 本章小结118

参考文献118

第5章 分散石墨烯填充热塑性复合材料125

5.1 引言125

5.2 石墨烯填充热塑性复合材料的制备工艺126

5.2.1 熔融共混法126

5.2.2 溶液共混法127

5.2.3 原位聚合法127

5.2.4 其他方法127

5.3 影响填充型复合材料热导率的因素127

5.3.1 填充量对热导率的影响127

5.3.2 填料形状对热导率的影响128

5.3.3 填料尺寸和长径比对热导率的影响128

5.3.4 石墨烯与基体之间的界面影响129

5.3.5 加工工艺对热导率的影响129

5.4 石墨烯填充热塑性聚合物的导热性能130

5.4.1 分散石墨烯填充热塑性复合材料130

5.4.2 制备工艺对热塑性复合材料导热性能的影响132

5.4.3 石墨烯表面修饰对复合材料的热导率的影响139

5.4.4 石墨烯与其他填料混杂填充144

5.4.5 石墨烯基导热 缘复合材料的制备149

5.5 本章小结152

参考文献153

第6章 石墨烯填充热固性树脂基复合材料159

6.1 引言159

6.2 石墨烯填充热固性树脂基复合材料常见的制备工艺161

6.2.1 溶液共混法162

6.2.2 三维石墨烯骨架法163

6.3 石墨烯的表面修饰164

6.3.1 非共价表面修饰165

6.3.2 共价表面修饰167

6.4 石墨烯表面包覆沉积处理172

6.4.1 氧化物包覆层172

6.4.2 聚合物包覆层175

6.4.3 其他包覆模式177

6.5 混杂粒子填充177

6.6 本章小结183

参考文献183

第7章 分散石墨烯填充弹性体复合材料189

7.1 引言189

7.2 弹性体190

7.2.1 弹性体的特性190

7.2.2 弹性体的本征热导率190

7.2.3 导热弹性体的热阻191

7.3 加工方法对热导率的影响192

7.3.1 熔融共混法192

7.3.2 溶液混合法195

7.3.3 乳液法196

7.3.4 原位聚合法198

7.3.5 其他制备方法199

7.4 石墨烯表面修饰对热导率的影响204

7.4.1 非共价表面修饰204

7.4.2 共价表面修饰206

7.5 石墨烯微球填充弹性体210

7.6 石墨烯杂化填料填充弹性体复合材料211

7.7 本章小结217

参考文献217

第8章 石墨烯填充含能材料223

8.1 引言223

8.2 石墨烯直接填充含能材料224

8.3 功能化修饰石墨烯填充含能材料230

8.4 石墨烯与其他粒子混杂填充233

8.5 石墨烯包覆 粒子填充含能材料242

8.6 三维结构石墨烯填充含能材料247

8.6.1 石墨烯定向结构填充247

8.6.2 石墨烯泡沫结构填充251

8.7 本章小结253

参考文献253

第9章 高取向石墨烯填充聚合物基复合材料257

9.1 引言257

9.2 网状石墨烯填充聚合物复合材料258

9.2.1 石墨烯纤维258

9.2.2 石墨烯织物261

9.3 高取向石墨烯填充聚合物复合材料267

9.3.1 面内高取向石墨烯填充聚合物复合材料267

9.3.2 面外高取向石墨烯填充聚合物复合材料275

9.4 超高热导率复合材料284

9.5 本章小结292

参考文献293

0章 三维结构石墨烯填充树脂基复合材料298

10.1 引言298

10.2 采用化学气相沉积法制备石墨烯泡沫填充复合材料298

10.3 采用高分子聚合物热裂解法制备石墨烯泡沫填充复合材料306

10.4 冰模板法制备石墨烯泡沫填充复合材料309

10.4.1 单向冷冻309

10.4.2 双向冷冻311

10.4.3 径向冷冻311

10.5 气凝胶法制备石墨烯泡沫填充复合材料313

10.6 石墨烯泡沫与其他碳系材料填充复合材料316

10.6.1 石墨烯泡沫与零维碳系材料填充复合材料316

10.6.2 石墨烯泡沫与一维碳系材料填充复合材料318

10.6.3 石墨烯泡沫与二维碳系材料填充复合材料321

10.7 石墨烯泡沫与氮化硼填充复合材料324

10.8 本章小结328

参考文献328

1章 3D打印石墨烯填充聚合物复合材料337

11.1 引言337

11.2 3D打印技术简介337

11.3 FDM式3D打印石墨烯复合材料339

11.4 DIW式3D打印石墨烯复合材料345

11.5 激光式3D打印石墨烯复合材料351

11.6 3D打印热管理中的流动设计354

11.7 本章小结361

参考文献362

2章 对石墨烯填充导热聚合物复合材料的散热效果的评价与应用367

12.1 引言367

12.2 散热效果的模拟实验367

12.2.1 电热台法367

12.2.2 模拟仿真法380

12.3 应用简介393

12.3.1 封装材料394

12.3.2 基板材料397

12.3.3 热界面材料399

12.3.4 涂层材料403

12.3.5 相变材料404

12.4 本章小结408

参考文献409

白树林，1983年毕业于大连理工大学材料工程系铸造与热处理专业，获学士学位；1986毕业于大连理工大学工程力学系实验力学专业，获硕士学位；1993年毕业于法国巴黎高等工艺制造中央学院(Ecole Centrale des Arts et Manufactures de Paris)，复合材料专业，获博士学位。主要从事聚合物基复合材料的制备工艺、微观结构与性能研究。在纤维、颗粒增强高聚物复合材料领域积累了丰富的研究经验。当前的主要研究工作集中在2D和3D石墨烯填充高聚物复合材料的制备、热学/电学/力学性能的研究。发表学术文章140余篇，获批专利9项。

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