东华大学：聚酰亚胺树脂修饰膨胀石墨制备高导热复合材料

成果简介

基于聚合物的导电复合材料是有前途的热管理和电磁干扰 (EMI) 屏蔽材料，在现代集成电子和第五代移动通信技术中非常需要，但制造起来仍然极具挑战性（例如，纳米填料的均匀分散、连续构建导电网络和形成强界面相互作用等）。本文，东华大学董杰、张清华研究员等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Interlayer decoration of expanded graphite by polyimide resins for preparing highly thermally conductive composites with superior electromagnetic shielding performance”的论文，研究通过在 PI 基质内构建大尺寸对齐石墨片来提高聚酰亚胺 (PI) 基复合材料的导热和 EMI 屏蔽性能的策略。

主要步骤包括PI微球初始自组装进入聚多巴胺改性膨胀石墨（EG-PDA）的层间空间，随后PI树脂通过微球熔融和渗透对EG-PDA的层间空间进行修饰，最后热压致密化。这样，复合材料中由横向范德华（vdW）键合和取向的石墨纳米片组成的大尺寸石墨片可以形成连续的导电通路，同时增强PI和EG-PDA之间的界面亲和力。氢键协同将面内热导率提高到 65.6 W m -1  K -1的最佳值，在 60 wt% 的填料负载下具有 101 dB 的出色 EMI 屏蔽效果。此外，其高导热性和EMI屏蔽性能在经受燃烧或化学腐蚀环境后，经反复加工后仍能保持，在下一代电子器件领域展现广阔前景。

图文导读

图1。(A) EG-PDA/PI 复合材料的制造过程示意图。(B) 不同厚度的典型 60-EG-PDA/PI 复合材料的数码照片。

图2。(A, B) EG 和 PDA 功能化-EG 的 SEM 图像；(C) EG 和 PDA 功能化-EG 的水接触角；(D) EG、PDA和EG-PDA的FTIR光谱；(E) EG 和 EG-PDA 的 XPS 宽谱调查；(F) EG 和 EG-PDA 在氮气氛中的 TGA 曲线。

图3、复合材料的导热和散热性能图示

图4、电磁干扰屏蔽性能

图5。60-EG-PDA/PI处理前后的导热系数和EMI SE：（A）置于火上20s，（B）浸入不同pH值溶液60次，（C）再处理5次.

小结

总之，提出了一种制备具有优异导热性和超高 EMI 屏蔽效率的 PI 基功能复合材料的有用方法。由于EG和PI具有优异的耐热性和耐化学性，EG-PDA/PI复合材料的高导热性和电磁干扰屏蔽性能可以在恶劣环境中处理后保持。因此，所得PI基复合材料的多功能性为这些材料在集成电子设备和通信系统中应用以解决其“过热”和电磁污染问题提供了光明的前景。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.07.009