Graphene is a type of ideal filler for the preparation of highly thermal conductive composites because of its ultrahigh thermal conductivity and good mechanic property. Currently, thermal conductive mechanism of graphene-based composites is unknown, thus enhancement of thermal conductivity is at a loss due to the lack of theoretical direction..In view of the multiscale characteristics of graphene-based composites, a thermal conductive model involving molecular dynamics, dissipative particle dynamics and finite element method is established, which can reflect the properties of composites at the level of microscale, mesoscale, and macroscale. In the model, structure of graphene and interface characteristics between graphene and polymer matrix are simulated by molecular dynamics, and dispersion of graphene in polymer is simulated by dissipative particle dynamics, and then the micro- and meso-scale information is introduced into the finite element model to simulate the thermal conductive of the composites. On the basis of this model, the thermal conductive property of composites can be predicted accurately, and the thermal conductive mechanism can also be disclosed. Under the direction of the mechanism, highly thermal conductive composites are further prepared. This project will provide an effective method to predict accurately the thermal conductivity of nanocomposites, and further enrich the theoretical establishment of thermal conductive model. Therefore, research work is of great value on scientific research and application.
石墨烯因具有超强的导热性能和优异的力学性能而成为制备高导热复合材料的理想填料。但目前石墨烯基复合材料的导热机理不明,导热性能提高缺乏方向。针对石墨烯基复合材料的多层次、多尺度特点,本项目通过分子动力学刻画石墨烯的结构和界面特性,用耗散动力学模拟石墨烯在基体塑料中的分散形态,将分子动力学和耗散动力学获得的微介观信息映射到有限元的宏观导热性能计算中,建立一种可以反映石墨烯基复合材料微观-介观-宏观特性的多尺度导热模型,实现石墨烯基复合材料导热性能的准确预测。通过研究导热机理,提出石墨烯强化传热的方向和措施,进而制备出高导热石墨烯基复合材料。研究工作也将为纳米复合材料导热性能的准确预测提供一种有效的方法,进一步丰富导热模型的建立理论,具有重要的科学研究价值和实际工业意义。
石墨烯具有导热性能高、力学性能好的优点成为制备高导热复合塑料材料的理想填料。因此从导热机理出发,研制出高导热复合塑料材料是当前研究的热点和最具挑战性的课题。.考虑到填料与聚合物基体之间的相互作用,本项目建立了二维共轭导热模型,研究复合材料的共轭导热模型的建立方法及求解方式,并且以石墨片-聚乙烯的复合材料为实例,对所建立的模型进行了验证。根据模型中影响导热性能的参数,制备出了膨胀石墨片基高导热复合材料,并以膨胀石墨片-PVDF复合材料为模型研究了导热机理。结果表明增加填料的径厚比是提高复合材料导热性能的重要方法。在此基础上,通过降低填料的厚度、提高填充量、以及化学表面修饰提高分散能力、添加纳米银来降低界面热阻等手段来调控模型中的相应参数,制备得到了高导热的纳米复合材料。另外,将复合材料的介观模型和界面热阻信息融入到有限元模型中,建立了石墨烯-环氧树脂复合材料的多尺度导热模型,研究了石墨烯表面特性、填充量对其分散性和界面相互作用力的影响。结果表明石墨烯在环氧树脂基材中的分散性取决于石墨烯表面官能团对基材的亲和力以及填充量。利用建立的多尺度导热模型深入研究石墨烯的分散性及界面热阻对复合材料导热性能的影响。研究工作为纳米复合材料导热性能的准确预测提供了一种有效方法,进一步丰富导热模型的理论设计。
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数据更新时间:2023-05-31
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