参杂缺陷石墨烯的高分子复合材料导热特性分子动力学模拟

编号：CPJS06948

篇名：参杂缺陷石墨烯的高分子复合材料导热特性分子动力学模拟

作者：熊扬恒 吴昊 高建树 陈文 张景超 岳亚楠

关键词： 石墨烯 高分子复合材料 热导 点缺陷 分子动力学

机构： 武汉大学动力与机械学院 Holland Computing Center

摘要： 传统高分子材料由于内部分子链无规则缠绕的特点,导致其热导率较小。近年来,拥有高导热特性的新型高分子材料在众多领域都显示出了极大的发展潜力。随着研究的不断深入,具有优秀导热能力的石墨烯等低维碳材料引起越来越多人的关注。引入石墨烯制作的高分子复合材料具有较高的导热性能,在热管理方面具有很大的应用前景。本文使用非平衡态分子动力学方法计算了石墨烯点缺陷对石墨烯-高分子复合材料界面热导和整体热导率的影响。石墨烯层的界面热导受点缺陷密度的影响较大。当石墨烯缺陷密度由0%增大到20%时,其界面热导由75.6 MW·m-2·K-1增加为85.9 MW·m-2·K-1。石墨烯点缺陷造成sp2共价键断裂、结构刚性下降,导致其振动态密度的低频分量增加,增强了与高分子基质间的低频能量耦合,进而提高了界面热导。而点缺陷密度的增大对复合材料整体热导率也具有相似的提升效果(从40.8 MW·m-2·K-1增加为45.6 MW·m-2·K-1)。此外,高分子基体在石墨烯界面处会造成局部密度提高,但石墨烯点缺陷对高分子材料局部密度提升并无显著影响。这些计算结果加深了对石墨烯与高分子基体间导热机理的理解,并有助于开发和设计具有优异热学性能的高分子复合材料。