碳纳米管/橡胶复合材料导热网络及其对导热性能影响的研究

本项目从碳纳米管与橡胶复合材料相互作用的微观结构出发，采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，研究复合材料"导热网络"的变化规律，探索和揭示碳纳米管/橡胶复合材料导热性能与"导热网络"特征之间的内在联系，掌握复合材料微观热量传递的声子传输规律，实现对碳纳米管/橡胶复合材料导热机理及规律的理论描述；目的是为了从机理上掌握碳纳米管/橡胶复合体系导热性能的变化规律，以便为后续研制具有优良导热性能的碳纳米管橡胶复合材料提供科学依据。本项目的开展对揭示碳纳米管填充橡胶复合材料的导热网络及其对导热性能的影响具有重要科学意义，研究结果有助于实现纳米橡胶复合材料的性能优化，具有重要的工程应用价值。研究结合了热学和材料科学，学科的交叉有望取得新的科学发现，其成果将拓展高导热橡胶研究的视野。

本项目从碳纳米管与橡胶复合材料相互作用的微观结构出发，采用实验研究和数值模拟相结合的方法，研究了碳纳米管种类，用量和排列形态对复合材料导热性能的影响，实现了碳纳米管填充橡胶复合材料导热性能变化规律的理论描述。研究取得了以下成果：（1）通过实验研究和数值模拟研究获得了不同种类碳纳米管、橡胶基体和碳纳米管填充橡胶复合材料导热系数的基础数据；（2）实验研究和数值模拟研究结果显示，本项目选用的碳纳米管种类范围内，碳纳米管种类不同对复合材料导热性能的影响不明显；（3）实验研究结果显示，填充碳纳米管能够有效地提高橡胶复合材料导热性能，当碳纳米管质量填充分数超过20份后，复合材料导热系数随碳纳米管用量的增加迅速提高；（4）数值模拟研究结果显示，橡胶复合材料内部，导热单元在各个方向的导热热阻和界面热阻较大，复合材料导热性能的提高受到限制；（5）结合实验研究和数值模拟研究结果发现，按一定方向定向排列碳纳米管可大大提高橡胶复合材料沿碳纳米管轴线方向的导热系数。本项目的研究获得了碳纳米管填充橡胶复合材料导热系数基础数据，揭示了碳纳米管填充橡胶复合材料导热网络及其对导热性能的影响，有助于实现橡胶复合材料的性能优化，具有重要的科学意义和工程应用价值。