石墨烯-聚合物基纳米复合材料的等效热传导性能分析开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

随着电子信息技术和航空航天等领域的快速发展，对材料的热管理能力提出了更高的要求。

传统的聚合物材料由于热导率较低，难以满足日益增长的散热需求，因此开发具有高热导率的新型复合材料成为了材料科学研究的热点。

石墨烯作为一种新型二维碳纳米材料，具有优异的导热性能，其室温热导率高达5300w/(m·k)，远高于传统的金属材料。

2. 本选题国内外研究状况综述

#国内外研究现状
##国外研究现状
石墨烯-聚合物基纳米复合材料的热传导性能研究在国际上已经取得了显著进展。

许多研究者致力于探究石墨烯含量、尺寸、形貌、界面等因素对复合材料热导率的影响规律，并开发了多种理论模型和数值模拟方法来预测和分析其等效热传导性能。

例如，美国的研究人员利用分子动力学模拟方法研究了石墨烯-环氧树脂纳米复合材料的热传导性能，发现石墨烯的加入可以显著提高复合材料的热导率，并且随着石墨烯含量的增加，热导率呈现先增加后趋于饱和的趋势。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

#主要内容
本研究的主要内容包括以下几个方面：
1.石墨烯-聚合物基纳米复合材料的制备:研究不同方法制备的石墨烯材料对复合材料性能的影响，探讨石墨烯与不同聚合物基体的相容性以及界面特性，优化纳米复合材料的制备工艺。

2.石墨烯-聚合物基纳米复合材料的热传导机理:研究石墨烯和聚合物基体的本征热传导特性，分析石墨烯-聚合物界面热阻对复合材料热传导性能的影响，建立纳米复合材料的热传导模型。

3.等效热传导性能分析方法:研究有效介质理论、有限元分析方法、分子动力学模拟方法等不同方法在石墨烯-聚合物基纳米复合材料等效热传导性能分析中的适用性，比较不同方法的优缺点，并选择合适的分析方法进行深入研究。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析和数值模拟相结合的方法，具体步骤如下：
1.文献调研:广泛查阅国内外相关文献，了解石墨烯-聚合物基纳米复合材料的制备方法、热传导机理、等效热传导性能分析方法等方面的研究进展，为本研究提供理论基础和技术参考。

2.模型建立:基于石墨烯-聚合物基纳米复合材料的微观结构和热传导机理，建立相应的理论模型，例如有效介质理论模型、有限元分析模型、分子动力学模拟模型等。

3.数值模拟:利用comsolmultiphysics、ansys、lammps等软件对建立的理论模型进行数值模拟，分析石墨烯含量、尺寸、形貌、界面改性、温度、压力等因素对复合材料热导率的影响规律。

5. 研究的创新点

本研究的创新点主要体现在以下几个方面：
1.系统研究:本研究将系统地研究石墨烯含量、尺寸、形貌、界面改性、温度、压力等因素对石墨烯-聚合物基纳米复合材料热导率的影响规律，并建立相应的理论模型，解释实验结果，为高性能热管理材料的设计提供理论基础。

2.多尺度分析:本研究将结合有效介质理论、有限元分析方法、分子动力学模拟方法等多尺度分析方法，对石墨烯-聚合物基纳米复合材料的等效热传导性能进行分析，以期获得更加准确和全面的认识。

3.界面调控:本研究将重点关注石墨烯-聚合物界面对复合材料热传导性能的影响，并探讨通过界面改性提高复合材料热导率的有效途径，为高性能热管理材料的制备提供新思路。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

1. 张建程, 张清杰. 石墨烯/聚合物复合材料的热传导性能[j]. 材料导报, 2015, 29(19): 1-6.

2. 王晓, 朱冬梅, 蒋栋, 等. 石墨烯/聚合物复合材料的制备及其热性能研究[j]. 功能高分子学报, 2015, 28(4): 381-388.

3. 陈晓, 张立群, 刘文博, 等. 石墨烯增强环氧树脂基复合材料的热传导性能[j]. 高分子材料科学与工程, 2017, 33(5): 135-139, 144.