定向高分子材料热输运特性研究文献综述

 2022-11-25 03:11

摘要:

近二十年来,随着纳米技术、微电子技术和数控技术等许多新兴技术的迅速发展,材料的研发和发展也在积极跟进,取得了突破性进展,并已在众多高新技术和传统工业领域获得了越来越广泛的应用。材料中的低维材料,包括二维材料微/纳米薄膜、一维材料纳米管/线和零维材料纳米颗粒,已涵盖了金属、无机非金属和有机高分子三大材料领域。作为二维材料的薄膜的热物理性质与三维体材料特异性更加明显,不同材质的薄膜,因方法和工艺的不同,薄膜的微结构、杂质和缺陷等不同导致热物理性质出现较大差异。薄膜材料研究和应用的快速发展,以及微纳尺度传热学的不断深入,极大地促进了薄膜材料热物理性质的行为和理论以及测试新装置的研究,其中薄膜材料热物理性质的特异性及其与材料组分、微观结构之间的关系研究也成为前沿和热点课题。本论文基于对定向高分子热传导性质研究,采用多组间断式热电偶直接接触式测温,红外探测器作为非接触温度探测器并辅以精密红外聚焦系统,高速示波器作为数据采集设备,来得出定向聚乙烯等高分子材料的热传导率,并比较定向高分子材料与非定向高分子材料的区别。目前国内微电子和国防领域有广泛应用且迫切需要热物性数据的材料有聚酰亚胺复合薄膜、铝阳极氧化薄膜和聚乙烯纳米阵列,开展薄膜热物性及其与微观结构之间关系和规律的研究显得尤为重要。聚酰亚胺(PI)应用广泛,PI的低维化以及采用纳米材料进行杂化制备纳米复合薄膜材料来改善PI的性能,已成为近年来材料科学领域的研究热点。采用新的半透明材料测试模型,简化了激光闪光法测试半透明材料的实验镀膜工艺,并通过半透明氧化铝陶瓷和PI薄膜的测试进行了验证。对聚酰亚胺(PI)复合薄膜的测试研究表明,PI/SiO2和PI/C复合薄膜的比热随着添加物的增多而下降,符合复合材料比热加和原理;纳米颗粒的加入,限制了聚合物分子链的自由膨胀,导致复合薄膜的热膨胀系数随着添加物的增多而下降;热导率随添加物含量增加而增大,PI薄膜从0.17W/(m·K)上升到添加20wt%纳米颗粒后的0.64W/(m·K),但并没有改变其热导率随温度增大而增大的非晶态材料的固有规律。复合薄膜的热导率在由于纳米颗粒局部聚集,导致添加物含量较高时,复合薄膜热导率增加较大。通过对复合材料热导率预测模型的研究表明,复合薄膜热导率由于纳米颗粒添加物团聚更加明显,三维体材料热导率预测模型不适合此类复合薄膜热导率的预测。对纳米孔模板润湿技术制备的低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)纳米线阵列的实验研究证实聚合物纳米线阵列具有较高的热导率,室温热导率达到2.2W/(m·K)和10W/(m·K),大约比聚乙烯体材料的热导率高二个量级,并且纳米线阵列的热导率随温度的升高略有增大。估算得到室温下单根LDPE纳米线的热导率高于5W/(m·K),室温下直径100nm和200nm的单根HDPE纳米线的热导率分别为26.5W/(m·K)和20.5W/(m·K)。纳米线阵列的分子链拉伸之后定向排列能大大提高热导率,对基于低维效应强化聚合物纳米结构的导热性质具有重要的意义。

正文:

国内在研究聚酰亚胺复合薄膜的热物性时发现了,聚酰亚胺复合材料在600℃~630℃时会有明显的热失重现象发生,此时聚酰亚胺复合薄膜会发生热分解,并得出要提高其分解的温度主要从改变其主链结构出发。

根据相关理论, 聚合物热分解温度的表达式如下:

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