重庆大学《COMPOS COMMUN》：硅凝胶/双取向氟化石墨烯复合材料，用于电子设备的热界面管理

图1.制备双取向骨架并制备硅凝胶/双取向氟化石墨烯骨架复合材料。

图2.（a） 复合材料的示意图。（b） 浸渍前双取向 FGNS 骨架的 SEM 图像。（c） 硅凝胶/双取向氟化石墨烯骨架复合材料浸渍后的 SEM 图像。（d） 在单个温度梯度下生长的 FGNS 骨架 x-y 平面上的 SEM 图像。（e） 在梯形体诱导的双温度梯度下生长的 FGNS 骨架 x-y 平面上的 SEM 图像。（f） 在三棱柱诱导的双温度梯度下生长的 x-y 平面上的 SEM 图像。

图3.FGNS/Silgel 复合材料的电学特性。

图4.FGNS/Silgel 复合材料的热性能。

图5.（a） XCT 提取的双取向 FGNS 骨架的三维结构。（b） 沿骨架的热流示意图。（c） 垂直框架方向的热流图。（d） FGNS/Silgel 复合材料的热场分布。（e） 硅凝胶/随机分布的 FGNS 复合材料的热场分布。（f） 纯硅凝胶的热场分布。

总之，本研究提出了一种制备具有高导热性和低介电常数的硅凝胶/双取向 FGNS骨架复合材料的方法。通过XCT成像获得了FGNS填料与硅凝胶基体之间的空间结构关系，并利用有限元模拟分析了导热填料改善材料性能的机理。首先，采用改进的冰模板法和真空辅助浸渍法制备了硅凝胶/双向 FGNS 骨架复合材料。然后，进一步研究了复合材料的热性能和电性能，并对计算机断层扫描获得的真实骨架结构进行了有限元模拟分析。结果表明，复合材料的导热性能和介电性质得到了极大改善，同时保持了硅凝胶优异的电绝缘性能。填充量为 15 wt. % 时，复合材料的击穿电压、体积电阻率和热导率分别为 16.11 kV、8.49×108 Ω-cm 和 3.34 W/(m-K)；介电常数降至纯硅凝胶的 80%，完全满足新一代电力电子设备的工作条件。此外，有限元模拟结果表明，复合材料内部的热流沿骨架方向有效传导，传热速度快于无规分布填料和纯硅凝胶复合材料，从微观角度揭示了基体材料中导热填料的作用机理。我们的研究提出了大功率电子设备热界面材料的新概念。