Particle packing theory guided multiscale alumina filled epoxy resin with excellent thermal and dielectric performances

材料科学 环氧树脂 复合材料 热导率 电介质 导电体 复合数 热传导 微观结构 粒子(生态学) 热的 介电损耗 气象学 地质学 物理 海洋学 光电子学
作者
Qi‐Kun Feng,Chang Liu,Dongli Zhang,Yanhui Song,Kai Sun,Haiping Xu,Zhi‐Min Dang
出处
期刊:Journal of Materiomics [Elsevier BV]
卷期号:8 (5): 1058-1066 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.jmat.2022.02.008
摘要

Polymers and composites with high thermal conductivity are promising yet challenging for the growing demand of thermal management in electrical and electronic equipment. Guided by the closest packing model, a multiscale filling Al2O3 strategy was designed and incorporated with epoxy resin (EP) to form high thermal conductive composites in this work. Epoxy composites with single filler loading were also prepared. The microstructures, thermal, rheological, and dielectric characteristics of the multiscale filling Al2O3/EP composites have been investigated. Compared with single-scale Al2O3 filled epoxy based composites, it is found that the multiscale filling Al2O3/EP composites exhibit higher thermal conductivity under the same filler loading of 50 vol %, which is attributed to the efficient heat conduction paths formed by appropriate multiscale fillers. Particularly, a remarkably improved thermal conductivity of 2.707 W m−1 K−1 was acquired in Al2O3/EP composites at filler loading of 50 vol% (5 μm Al2O3 (26.67 vol%), 30 μm Al2O3 (27.41 vol%) and 70 μm Al2O3 (45.92 vol%)), which is about 1300% higher than that of the pure epoxy resin. In addition, the dielectric constant of the Al2O3/EP composites were significantly improved while keeping the dielectric loss almost unchanged. The finite element simulation further verified the effectiveness of improving the thermal conductivity of materials in the heat dissipation of electrical equipment. Therefore, this research provides a simple strategy for manufacturing high thermal conductive composite materials with a wide range of potential applications as packaging materials.
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