導熱復合材料制備技術
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
導熱復合材料制備技術的視頻教程
【技術鄰直播四場】ABAQUS復合材料分析培訓-一次掌握Abaqus各類復合材料結構建模與分析
直播內容簡介： 第一場直播內容為： 1.傳統復合材料結構建模方式介紹 2.Composite layup快速建模 第二場直播內容： 9月15日 1.復合材料加筋板結構建模分析（3種加筋方式） 2.蜂窩夾層結構建模與分析：等效彈性常數建模/蜂窩細節建模 3.圓柱坐標系/離散坐標系在復合材料建模中的應用 第三場直播內容： 9月22日
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OptiStruct復合材料優化技術
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復合材料切削加工瓶頸與多尺度建模仿真技術探討
三者形成“現象揭示-模型構建-方法綜述”的邏輯遞進關系，共同凸顯多尺度建模在破解復合材料切削難題中的核心價值——既能捕捉增強相顆粒的微觀斷裂行為，又可預測構件宏觀加工質量，為工藝參數優化與刀具設計提供科學依據。
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導熱復合材料制備技術的實例教程
來源 | Polymer
01
背景介紹
隨著集成電路芯片和電子設備小型化的快速發展，為防止芯片的熱失控，對熱管理材料提出了更嚴格的要求。此外，電子封裝材料經常會遇到應力破壞和漏電等嚴重問題。因此同時具有出色的電絕緣性和導熱性的熱界面材料成為了重點的研究方向。
然而，導熱系數的提高受到填料的含量和結構的限制。此外，當填充量高時，由于界面相互作用弱和應力集中，復合材料的力學性能往往不理想。高填充量與高強度往往是相互矛盾的，這是復合材料機械加固的經典問題。
為了解決這個問題，研究人員采用不同的方法，如逐層組裝、模板定向組裝、機械輔助壓制和磁場輔助等廣泛發展用于制備納米復合材料。但由于效率低和路線復雜，這些策略無法實現大規模連續制備，這在實際應用中是非常不可取的。
二維BN具有較高的理論導熱系數和優異的絕緣性能，是開發高導熱擬納米復合材料的合適候選填料。但是，由于高慣性和相對較大的厚度，h-BN在溶液中直接自組裝的報道很少。因此，研究h-BN的誘導取向對于實現功能復合材料的規模化制備具有重要意義。
02
成果掠影
近期，華東理工大學材料科學與工程學院的張玲教授在開發一種適合規模化熱界面材料制備技術方向取得新的進展。該團隊受天然珍珠特殊結構和功能的啟發，通過綠色、簡單的蒸發誘導組裝技術，可以大規模制備具有優異導熱系數、高絕緣性和堅固力學性能的納米級CS/BNNS薄膜。
值得注意的是，CS/BNNS薄膜在70 wt%時的拉伸強度高達104.5 MPa, 導熱系數為26.3 W/(m·K)，這是由于其取向良好的結構和強的界面相互作用。
展開 來源 | ACS Applied Nano Materials
01
背景介紹
由于高密度功率傳輸、架構復雜性、小型化、功能化和新技術應用的不斷發展，散熱成為了高性能計算和電子設備的發展瓶頸。因此，開發創新的高導熱材料來解決這一問題具有重要意義，常見的導熱填料如氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、金剛石、石墨、金屬顆粒、碳納米管(CNTs)、石墨烯等，已被廣泛用于制備聚合物復合材料，以達到期望的性能。
其中，碳納米管相對于金屬納米填料具有更大的縱橫比和靈活性，可以更好地融入聚合物基體中，以滿足熱管理要求。多壁碳納米管(MWCNT)的導熱系數為2586 ~ 3075 W/(mK) 。然而，在先前的研究中，在聚合物復合材料中加入碳納米管對熱傳導或傳熱能力的增強作用有限。因此，開發一種能夠使得碳納米管在聲子傳輸的潛通道的首選方向上有序排列，以及調整在復合材料中所需的填充位置，這對于實現快速熱傳導的迫切需求是必不可少的。
3D打印，也被稱為增材制造，是一種從3D模型數據一層一層地將材料連接起來制造物體的過程。其中直接墨水直寫(DIW)和熔融層積成型(FDM)正在成為制造聚合物納米復合材料最成功和最廣泛使用的工藝。其中FDM方法是一種簡單的方法，可以制造幾何復雜的三維結構，并可編程宏觀和微觀結構。3D打印的高縱橫比材料可以賦予打印結構特殊的多功能，包括在電氣和熱管理、能量收集、能量存儲和傳感等應用中所需要的功能。
3D打印和碳納米管的結合可以為分層排列的結構編程提供無限的可能性。為了獲得高導熱性的聚合物納米復合材料，最需要的是在聚合物基體中加入大量的填料，并控制填料的取向和位置。
展開 (a)六方氮化硼(h-BN)制備的巰基氮化硼(BN-S)結構示意圖;(b) LM@BN核殼微粒和LM@BN/PDMS復合材料的制備示意圖。
圖2. (a) BN和BN- s的SEM圖像;(b) BN和BN- s的FT-IR光譜;(c) BN和BN- s的TGA曲線;(d) BN和BN- s的B原子XPS譜。
圖3.(a) LM@BN結構示意圖;(b) BN-S和LM@BN中N原子的XPS光譜;(c) BN-S和LM@BN的S原子XPS光譜;(d) (i-ii) LMMP和LM@BN的光學顯微鏡照片;(iii-iv) LM@BN核殼微粒的掃描電鏡照片，(v-vi) Ga和N元素的EDS掃描圖。
圖4.(a) LM@BN拉伸過程中復合材料的結構重排;(b)復合材料原始狀態和編程后的顯微組織(i-ii)光學顯微鏡，(i-ii)掃描電鏡;(c)編程后復合材料的導熱系數；(d)導熱系數與體積分數的關系。
圖5
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復合材料的力學性能及其在熱管理中的應用實例
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圖6
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復合材料的介電性能
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圖7
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展開 現代電子設備對高導熱界面材料的要求越來越高。獲得高熱導率的關鍵是在基體中建立起完整的導熱網絡。
基與上述背景，北京化工大學材料科學與工程學院盧詠來教授課題組采用發泡法，通過對氧化鋁以及凝膠多糖懸浮液進行發泡，利用泡沫將氧化鋁及凝膠多糖排斥到泡孔之間，然后在一定溫度下加熱，發揮凝膠多糖的快速凝膠特性，將導熱通路固定下來。圖1顯示了制備的過程。圖2顯示了形成的導熱通路的結構。
圖1
3D-Al2O3-PDMS
復合材料的制備流程示意圖
.
圖
2
氧化鋁骨架材料的
SEM
圖像：
(a-d)
不同氧化鋁含量的氧化鋁骨架材料；
(e-f)骨架材料上的開孔；
(g-i)在氮氣中于500 ℃加熱的氧化鋁骨架材料.
得到導熱骨架材料后，他們通過真空浸漬的方法將PDMS注入到骨架材料的泡孔中，PDMS固化后制得復合材料。圖3是制備的復合材料截面的SEM圖以及EDS圖，它們展示了復合材料中氧化鋁和PDMS的存在狀態。
圖3 3D-Al2O3-PDMS的微觀結構: (a-c) SEM圖片；(d) 3D-Al2O3-PDMS的SEM圖像以及Si、Al和O元素的EDS圖像.
圖4(a)顯示了氧化鋁凝膠復合材料和通過無規共混法制備的復合材料它們的熱導率對氧化鋁負載量的依賴性。通過兩種方法制備的復合材料的熱導率都隨著氧化鋁質量分數的提高而逐漸增大。當填料的質量分數逐漸增大，填料逐漸在基體中構建起導熱通路，使得聲子由交替通過基體和填料的方式，逐漸轉向更多地在連接起來的填料網絡中通過。
展開 為了緩解這種情況，有必要開發利用零能耗的隔熱材料。
目前，室內熱舒適主要通過建造具有保溫性能的建筑圍護結構來實現。這些隔熱結構通常采用低導熱系數的材料，可以減少建筑物外部和內部之間的熱交換，或者采用高反射涂層，可以最大限度地減少從陽光中吸收的熱量進入建筑物。礦棉、木纖維、玻璃纖維、多孔芳綸纖維和市售的膨脹隔熱泡沫等聚苯乙烯(EPS)和聚氨酯(PU)泡沫是用于保溫的常規材料。然而，它們的導熱系數高于空氣，從而限制了它們的應用。
三維(3D)多孔氣凝膠由于其低密度和高孔隙率而被設想為潛在的絕緣材料。其中常用的是陶瓷基氣凝膠和聚合物基氣凝膠。另一方面，聚合物氣凝膠比硅基氣凝膠具有更高的延展性，但其導熱系數通常高于空氣。目前隔熱材料通常用于降低建筑物的能源消耗。大多數商用產品在白天的熱導率低，絕緣性能差，太陽光反射率和熱發射率小。在同一種材料中實現所有特性是非常具有挑戰性的。
02
成果掠影
近期，香港科技大學Jang-Kyo Kim聯合香港理工大學沈曦教授在隔熱氣凝膠材料方面的研究取得新進展。該團隊采用單向冷凍鑄造技術制備了各向異性氮化硼納米片(BNNs)/聚乙烯醇復合氣凝膠。與傳統SiO2或Al2O3基氣凝膠中相互連接的各向同性納米顆粒形成的開孔結構不同，二維BNNS可以將氣凝膠分隔成獨立的細胞，有效減少空氣傳導和對流，從而實現超低導熱。得益于BNNs排列的多孔結構，具有最佳BNNS含量的復合氣凝膠在具有20.3 W/mK的超低導熱系數。此外，BNNS還具有高的折射率，遠高于傳統的SiO2(~1.47)和Al2O3(~1.77)納米粒子。
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<p class="ql-align-center"><strong>織物結構化網格生成的兩種思路</strong></p><p>首先介紹一下什么是結構化網格。這個結構不是力學里面結構的概念，在流體網格講的比較多。所謂結構化，指的是生成網格的基本型面和節點布置，由明確的映射關系，可以得到符合規律的網格（一般指的四邊形、六面體）。</p><p>我們在前面文章介紹了三維機織（2.5D）復合材料的基本概念
三維機織復合材料簡介
三維機織又稱2.5D，和平面機織材料相比，它的經紗可以穿越厚度方向的其他層，上下交織，經緯互鎖。
這種結構本質上還是由經緯兩組紗構成，但是又具有了厚度方向紗線，因此稱2.5D。
這種結構的好處就是經緯互鎖，層層交聯，抗分層特性好。
層合板確實容易分層，但是成型前層層不相干，實際制造中逐層鋪貼過程可以讓樹脂和纖維充分浸潤。或者直接每層制成預浸料
我研究生的小方向就是立體織物復合材料。盡管剛畢業改換到CFD領域的工作，但是我仍然對一個東西充滿執念。
那就是通過代碼參數化生成織物復合材料的細觀模型，就像英國諾丁漢大學的TexGen那樣。
盡管那時候代碼水平還比較基礎，但就是這個執念讓我不斷研究在數值仿真中網格到底應該如何表達，幾何如何轉換為網格，有了網格應該如何渲染，如何把復雜的織造參數和網格構建聯系起來。
精彩直播預告
計算機性能的提升促使人工智能（AI）/機器學習（ML）方法蓬勃發展，AL/ML開始與各行各業進行深度的融合，助力傳統行業實現經驗驅動到數字驅動的研發理念轉變，有效降低研發成本，提高研發效率，加快產品上市周期。
針對連續纖維增強復合材料（CFRP）測試樣本多、測試周期長、成本高昂的問題，海克斯康融合多尺度復合材料建模平臺Digimat和人工智能仿真平臺ODYSSEE
1. 軟件概述與技術架構
Digimat是由e-Xstream engineering（現歸屬Hexagon Manufacturing Intelligence）開發的專業復合材料多尺度建模與仿真平臺。作為當前復合材料仿真領域的標桿軟件，Digimat采用獨特的多尺度方法學框架，實現了從微觀纖維/基體界面到宏觀結構性能的跨尺度預測。
核心技術特點：
l 材料-工藝-性能一體化建模：集成材料數據庫包含
為進一步展示電池用復合材料關鍵技術最新研究進展，分享先進概念與技術，深入探討新型儲能產業發展趨勢以及相關熱點與焦點問題，定于2024年10月30日-10月31日舉辦“電池用新型復合材料關鍵技術創新論壇”。本次大會由廣州市科學技術協會指導，金發科技股份有限公司主辦，國家先進高分子材料產業創新中心、廣東省復合材料學會承辦，將匯聚國內外電池材料領域的專家學者、企業代表及科研人員，共同探討新型復合材料在電池領域的最新研究成果與發展趨勢
電子技術快速迭代進步，芯片、器件和電子設備等向微型化、高性能化、集成化及多功能等方向發展，功率密度和發熱量急劇攀高。在新質生產力發展背景下，電力電子、半導體、通信、新能源、汽車、綠色建筑等行業迫切的節能環保需求；消費電子、功率器件、5G、人工智能、XR、數據中心、物聯網、動力電池、儲能、工業4.0等領域技術的創新應用，都積極推動了高效的熱管理材料技術和創新性解決方案的發展
電子技術快速迭代進步，芯片、器件和電子設備等向微型化、高性能化、集成化及多功能等方向發展，功率密度和發熱量急劇攀高。在新質生產力發展背景下，電力電子、半導體、通信、新能源、汽車、綠色建筑等行業迫切的節能環保需求；消費電子、功率器件、5G、人工智能、XR、數據中心、物聯網、動力電池、儲能、工業4.0等領域技術的創新應用，都積極推動了高效的熱管理材料技術和創新性解決方案的發展
6月3日下午，由[DT新材料]聯合[廣東灣區智能終端工業設計研究院有限公司（以下簡稱研究院）]共同組織的iTherMTalks第6期線下主題沙龍——數據中心智能硬件熱管理——在研究院成功舉辦。20多位行業專家及企業代表齊聚一堂，就數據中心中服務器等智能硬件的新近發展趨勢和熱管理解決方案進行深入交流和探討。
本次沙龍活動伊始，研究院盧煥瑜部長對大家的到來表示了熱烈歡迎
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
導熱聚合物基復合紙由于具有高強度、高導熱性和優異的可設計性等優點，在鋰電池、電容器、集成電路等領域受到了廣泛關注。隨著小型化和集成化的快速發展，以及功率密度的不斷提高，電子器件和電氣設備內部的熱量積聚問題日益嚴重，這就對導熱聚合物基復合紙的導熱性和耐熱性提出了更高的要求。此外，為了避免微電子元件之間形成短路電流和信號相互干擾
