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。最后，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。
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。
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 石墨烯基导热绝缘复合材料的制备 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 石墨烯包覆炸药粒子填充含能材料 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
第10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
第11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
第12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
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