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基于扫描热显微技术的氮化硼/低密度聚乙烯复合材料界面导热性能研究

         
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摘要

导热高分子复合材料基体和填料形成的界面会影响复合材料整体的导热性能。然而受到传统测试技术的限制,很难从微观角度更深入地研究界面导热机理。本文利用扫描热显微镜(SThM)研究了氮化硼(BN)/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料的界面导热机制,对BN/LDPE复合材料的界面热学性质进行了定量分析,并通过有限元仿真模拟了SThM的测试过程,揭示了无机-有机界面处的界面热传导过程。结果表明:随着BN颗粒含量的增加,复合材料的热导率也随之提高。当BN的质量分数达到20%时,复合材料的热导率提高了约22%。采用SThM得到了微纳尺度样品形貌和反映热学性质的电压分布图像,发现BN/LDPE复合材料的热导界面宽度为150~200 nm。在两个BN颗粒相互接触的地方,显示高导热区间增大,热导界面宽度变化较小。通过测试标样获得了热导率与输出电压平方的拟合关系曲线,并计算得到BN/LDPE复合材料的界面热导率为0.33~39.81 W/(m·K)。仿真结果表明探针针尖能够区分填料、界面以及基体,复合材料的导热性能随着界面宽度和热导率的增大而提高。

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