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纤维素纳米纤丝/氮化铝复合材料的制备及其导热性能研究

2020-12-10阅读(176)

纤维素纳米纤丝/氮化铝复合材料的制备及其导热性能研究

论文摘要

纤维素作为地球上丰富的自然资源,具有绿色环保,来源广泛的特点。由纤维素制备出的纤维素纳米纤丝(CNF)因其成本低廉、易于加工、较低的热膨胀系数、光学透明度、轻质、良好的机械性能、高比表面积、生物可降解性、化学表面可修饰性,得到了越来越高的关注度。但CNF在热稳定性和导热性能方面也存在不足,限制了其作为热管理材料在电子冷却基材上的应用。本论文以蔗渣浆为原料,采用木聚糖酶预处理辅助机械法制备了 CNF,研究了 CNF的热稳定性和热降解规律、制备了 CNF/A1N复合材料并研究A1N对CNF基复合材料导热性能的影响、A1N改性后对复合材料导热性能的影响等相关工作。CNF的制备通过使用木聚糖酶预处理蔗渣浆料辅助超精细研磨机制备,CNF的尺寸小于100nm。使用不同剂量的木聚糖酶处理未漂蔗渣浆,在不同的研磨阶段段取样。通过对比热重分析,发现原浆生产的CNF比经酶处理后的浆料的CNF热稳定性高,并且热稳定性随酶用量的增加而减少,原浆中的半纤维素和木质素的存在有助于提高CNF的热稳定性。CNF/A1N复合材料利用操作简单的真空过滤法将CNF作为一种聚合物基底与A1N纳米片组装制备。研究了 CNF与A1N纳米片间的相互作用,探讨了 A1N用量对该复合材料性能的影响。利用该复合材料制备的电子元件表现出优异的导热性能、热稳定性及机械柔韧性。25 wt.%A1N的添加量使复合膜面内导热系数达到4.20 W/mK。A1N的添加提高了纳米复合材料的热稳定性。研究了 CNF与硅烷改性的A1N纳米片(TA1N)间的相互作用,探讨了TA1N用量对该复合材料性能的影响。由于硅烷的作用改善了 A1N纳米片在CNF基体的分散性,使它们之间产生共价键提高了复合膜的机械性能。硅烷的作用减少了 A1N纳米片与CNF基体界面间的声子散射,进而复合膜表现了优异的导热性能。在TA1N的添加量为25 wt.%时,复合膜面内导热系数达到了 5.11 W/mK。本论文利用蔗渣浆为原料制备的CNF具有机械性能良好,重构性好,分散性优异等优点,与A1N经真空抽滤的方法制备出的复合膜材料具有高导热性能和机械柔性,导热系数最高达到5.11 W/mK,有望作为热管理材料应用在柔性电子器件中,进一步拓展了纤维素在柔性电子市场的应用范围。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  •   1.1 纤维素纳米纤丝（CNF）在电子产品中的应用现状
  •   1.2 纤维素的结构和热性能
  •     1.2.1 纤维素的结构
  •     1.2.2 纤维素的热稳定性
  •     1.2.3 纤维素的热膨胀性
  •     1.2.4 纤维素的导热性
  •   1.3 CNF基导热复合材料
  •     1.3.1 CNF-炭基导热材料
  •     1.3.2 CNF-金属基导热材料
  •     1.3.3 CNF-陶瓷基导热材料
  •   1.4 影响CNF基复合材料导热性能的因素
  •     1.4.1 复合材料中热传递机理
  •     1.4.2 聚合物的导热性能和填料装载量
  •     1.4.3 填料的尺寸形貌
  •     1.4.4 填料的种类
  •     1.4.5 填料的表面处理
  •   1.5 本课题的研究意义、目的和内容
  •     1.5.1 本课题研究的意义和目的
  •     1.5.2 本课题的主要研究内容
  • 第二章 纤维素纳米纤丝的制备及其热稳定性研究
  •   2.1 引言
  •   2.2 实验部分
  •     2.2.1 化学药品及原料
  •     2.2.2 实验方法
  •     2.2.3 分析方法
  •   2.3 结果分析与讨论
  •     2.3.1 纤维素纳米纤维丝的特性
  •     2.3.2 纤维素纳米纤维丝的ATR-FTIR分析
  •     2.3.3 纤维素纳米纤维丝的热稳定性
  •     2.3.4 不同处理阶段CNF的热稳定性
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 CNF/A1N复合材料的制备及其导热性能研究
  •   3.1 引言
  •   3.2 实验部分
  •     3.2.1 实验原料及药品
  •     3.2.2 实验方法
  •     3.2.3 分析与检测方法
  •   3.3 结果分析与讨论
  •     3.3.1 分散性和光学性能
  •     3.3.2 形貌分析
  •     3.3.3 红外分析
  •     3.3.4 CNF/AlN纳米复合材料的RD分析
  •     3.3.5 热重分析（TGA）
  •     3.3.6 机械性能分析
  •     3.3.7 导热性能分析
  •     3.3.8 CNF/AlN复合材料膜导热性能测试
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 AlN的表面改性及其对CNF/AlN复合薄膜导热性能的改善
  •   4.1 引言
  •   4.2 实验部分
  •     4.2.1 实验药品
  •     4.2.2 实验方法
  •     4.2.3 分析与检测方法
  •   4.3. 结果分析与讨论
  •     4.3.1 AlN表面改性
  •     4.3.2 红外谱图
  •     4.3.3 形貌分析
  •     4.3.4 表面扫描电镜
  •     4.3.5 CNF/TAlN纳米复合材料的XRD分析
  •     4.3.6 热重分析
  •     4.3.7 机械性能分析
  •     4.3.8 导热性能分析
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  •   5.1 结论
  •   5.2 创新点
  •   5.3 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间取得的研究成果

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张坤

    导师: 聂双喜

    关键词: 纤维素纳米纤丝,热稳定性,导热系数,热管理

    来源: 广西大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 物理学,材料科学

    单位: 广西大学

    分类号: O551.3;TB33

    总页数: 82

    文件大小: 10166K

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