編號：CPJS06948
篇名：參雜缺陷石墨烯的高分子復(fù)合材料導(dǎo)熱特性分子動力學(xué)模擬
作者：熊揚(yáng)恒 吳昊 高建樹 陳文 張景超 岳亞楠
關(guān)鍵詞： 石墨烯 高分子復(fù)合材料 熱導(dǎo) 點(diǎn)缺陷 分子動力學(xué)
機(jī)構(gòu)： 武漢大學(xué)動力與機(jī)械學(xué)院 Holland Computing Center
摘要： 傳統(tǒng)高分子材料由于內(nèi)部分子鏈無規(guī)則纏繞的特點(diǎn),導(dǎo)致其熱導(dǎo)率較小。近年來,擁有高導(dǎo)熱特性的新型高分子材料在眾多領(lǐng)域都顯示出了極大的發(fā)展?jié)摿�。隨著研究的不斷深入,具有優(yōu)秀導(dǎo)熱能力的石墨烯等低維碳材料引起越來越多人的關(guān)注。引入石墨烯制作的高分子復(fù)合材料具有較高的導(dǎo)熱性能,在熱管理方面具有很大的應(yīng)用前景。本文使用非平衡態(tài)分子動力學(xué)方法計算了石墨烯點(diǎn)缺陷對石墨烯-高分子復(fù)合材料界面熱導(dǎo)和整體熱導(dǎo)率的影響。石墨烯層的界面熱導(dǎo)受點(diǎn)缺陷密度的影響較大。當(dāng)石墨烯缺陷密度由0%增大到20%時,其界面熱導(dǎo)由75.6 MW·m-2·K-1增加為85.9 MW·m-2·K-1。石墨烯點(diǎn)缺陷造成sp2共價鍵斷裂、結(jié)構(gòu)剛性下降,導(dǎo)致其振動態(tài)密度的低頻分量增加,增強(qiáng)了與高分子基質(zhì)間的低頻能量耦合,進(jìn)而提高了界面熱導(dǎo)。而點(diǎn)缺陷密度的增大對復(fù)合材料整體熱導(dǎo)率也具有相似的提升效果(從40.8 MW·m-2·K-1增加為45.6 MW·m-2·K-1)。此外,高分子基體在石墨烯界面處會造成局部密度提高,但石墨烯點(diǎn)缺陷對高分子材料局部密度提升并無顯著影響。這些計算結(jié)果加深了對石墨烯與高分子基體間導(dǎo)熱機(jī)理的理解,并有助于開發(fā)和設(shè)計具有優(yōu)異熱學(xué)性能的高分子復(fù)合材料。
