1.6 本章小結

本章介紹了石墨烯的結構和各種性能，在固體物質傳熱的物理基礎上，闡述了石墨烯的導熱機理和聚合物熱導率低的原因，以及粒子填充型聚合物導熱復合材料的三種導熱機理，最后介紹了多個粒子填充聚合物導熱復合材料的熱導率模型，以及各類模型的特點和適用范圍。

石墨烯的導熱機理為聲子導熱。組成石墨烯的碳原子之間具有強共價鍵作用，碳原子的質量小，晶格完善，石墨烯低維結構可明顯削弱晶界處的聲子散射，導致聲子速度很高，使石墨烯具有超高的熱導率。聚合物的導熱機理同樣是聲子傳熱，但聚合物大多晶格不完善，分子鏈隨機纏結，具有高度的無序性，導致其熱量無法像在晶體材料中那樣進行高效傳導。此外，聚合物中分子鏈和晶格的非諧振動、大量的晶體邊界和缺陷，也會導致聚合物的熱導率降低。對于填充型聚合物導熱復合材料的三種導熱機理，本章分別從不同角度對熱導率的變化進行了解釋。導熱路徑理論是目前聚合物導熱復合材料最重要也是最廣為接受的理論；導熱逾滲理論雖然成功地解釋了導電復合材料的電導率變化，但在熱導率方面仍具有爭議；熱彈性系數理論將熱導率視為聲子傳播過程中的熱彈性系數，發現熱導率的變化與彈性力學中彈性系數和模量的變化具有高度的相似性。粒子填充聚合物基導熱復合材料的熱導率模型分別以串聯模型和并聯模型為基礎，并發展出許多適用于不同條件的數學模型，如需要滿足一定的填料分布的Fricke模型、Tsao模型和Cheng-Vachon模型，需要考慮填料與填料、填料與基體之間的相互作用的Maxwell-Garnett模型、Bruggeman模型、Every模型，需要考慮填料在基體中的排列方式的Zhou模型、Rayleigh模型和Halpin-Tsai模型等。