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锡铋/石墨烯热界面材料的导热性能研究

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摘 要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 TIM分类及焊料TIM简介

1.3 锡铋焊料简介及其研究现状

1.4 碳材料在高导热金属基复合材料中的应用

1.4.1 金刚石在高导热金属基复合材料中的应用

1.4.2 碳纳米管在高导热金属基复合材料中的应用

1.4.3 石墨烯在高导热金属基复合材料中的应用

1.5 石墨烯增强锡基材料的研究现状

1.6 本文研究目的与研究内容

1.6.1 研究目的

1.6.2 主要研究内容

第2章 实验材料与分析测试方法

2.1 实验材料及设备

2.2 材料成分形貌分析方法

2.3 材料性能测试方法

2.4 本章小结

第3章 球磨法制备锡铋/石墨烯复合材料

3.1 引言

3.2 球磨法制备复合粉体工艺及粉末冶金制备复合材料工艺

3.2.1 球磨法制备复合粉体工艺

3.2.2 粉末冶金制备复合材料工艺

3.3 石墨烯原料及球磨复合粉体的表征

3.3.1 石墨烯原料表征

3.3.2 球磨复合粉体的物相表征

3.3.3 球磨复合粉体的结构表征

3.4 球磨法制备锡铋/石墨烯复合材料的电阻率

3.4.1 锡铋/石墨烯复合材料的电/热导率关系

3.4.2 球磨转速对复合材料电阻率的影响

3.4.3 球磨时间对复合材料电阻率的影响

3.4.4 压制油压对复合材料电阻率的影响

3.4.5 石墨烯含量对复合材料电阻率的影响

3.5 球磨法制备锡铋/石墨烯复合材料的热导率

3.6 本章小结

第4章 电沉积法制备锡铋/石墨烯复合材料

4.1 引言

4.2 电沉积法制备复合粉体工艺及粉末冶金制备复合材料工艺

4.2.1 电沉积法制备复合粉体工艺

4.2.2 粉末冶金制备复合材料工艺

4.3 电沉积复合粉体的表征

4.3.1 电沉积复合粉体的物相表征

4.3.2 电沉积复合粉体的结构表征

4.3.3 电沉积复合粉体的拉曼表征

4.4 电沉积制备锡铋/石墨烯复合材料的电阻率

4.4.1 表面活性剂种类对复合材料电阻率的影响

4.4.2 表面活性剂碳链长度对复合材料电阻率的影响

4.4.3 MTAB浓度对复合材料电阻率的影响

4.4.4 石墨烯浓度对复合材料电阻率的影响

4.5 电沉积制备锡铋/石墨烯复合材料的热导率

4.6 本章小结

第5章 锡铋/石墨烯复合材料的导热理论研究

5.1 引言

5.2 金属及石墨烯的导热机理

5.2.1 金属导热机理

5.2.2 石墨烯导热机理

5.3 锡铋/石墨烯复合材料的导热性能分析

5.3.1 有效平均场分析(EMA)

5.3.2 不同尺寸下石墨烯的理论热导率

5.3.3 界面热导对复合材料热导率的影响

5.3.4 石墨烯尺寸对复合材料热导率的影响

5.3.5 不同石墨烯含量下复合材料的理论热导率

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间的学术成果

致 谢

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摘要

随着现代电子封装朝着高集成度、小尺寸、多功能方向发展,元器件的可靠性及寿命越来越依赖于高效的散热技术,因此急需研发高热导率的热界面材料。锡铋合金具有熔点低、柔度高、导热性好等优点,有望成为新一代的热界面材料。但是,锡铋合金的热导率相对有限,为进一步提高锡铋合金的导热性能,本文采用球磨和电沉积两种工艺,将高导热的石墨烯纳米片(GNS)掺杂于低熔点的锡铋合金(Sn-Bi)中,制备了锡铋/石墨烯(Sn-Bi/GNS)复合材料,并围绕着Sn-Bi/GNS复合材料的导热性能,做了以下工作: 1. 采用球磨工艺制备 Sn-Bi/GNS 复合材料,研究较优的球磨工艺以及较优工艺下Sn-Bi/GNS复合材料的热导率。结果显示,较优工艺下,随着 GNS 浓度的上升,Sn-Bi/GNS 复合材料的热导率会呈现先增加后减小的趋势。当 GNS 含量为 0.25wt%时,球磨法获得的Sn-Bi/GNS复合材料的热导率最高为39.75W/(m?K),较纯Sn-Bi球磨样品提高了46%。 2. 采用电沉积工艺制备 Sn-Bi/GNS 复合材料,研究较优的电沉积工艺以及较优工艺下Sn-Bi/GNS复合材料的热导率。实验表明,较优工艺下,随着 GNS 浓度的上升,Sn-Bi/GNS复合材料的热导率先增加后减小。当GNS浓度为80mg/L时,电沉积法制备的Sn-Bi/GNS复合材料的热导率最高为47.95 W/(m?K),较纯Sn-Bi电沉积样品提升了88%。 3. 使用有效平均场分析(EMA)研究导热增强效果较好的石墨烯尺寸以及有利于复合材料导热性能提升的界面热导率范围。EMA的研究结果显示:1)较优的石墨烯尺寸为35μm。继续增加石墨烯的尺寸,并不能显著提高Sn-Bi/GNS复合材料的热导率。2)较优石墨烯尺寸下,有利于复合材料导热性能提升的界面热导率范围为1.0E4 W/(m2?K)以上,进一步提高界面热导率至 1.0E6 W/(m2?K)以上,可令各石墨烯含量下的Sn-Bi/GNS复合材料热导率趋近于理论最大值。

著录项

  • 作者

    张观森;

  • 作者单位

    东华大学;

  • 授予单位 东华大学;
  • 学科 机械工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 彭倚天;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 物理学;
  • 关键词

    石墨; 热界面材料; 导热;

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