1.6 本章小结

本章介绍了石墨烯的结构和各种性能，在固体物质传热的物理基础上，阐述了石墨烯的导热机理和聚合物热导率低的原因，以及粒子填充型聚合物导热复合材料的三种导热机理，最后介绍了多个粒子填充聚合物导热复合材料的热导率模型，以及各类模型的特点和适用范围。

石墨烯的导热机理为声子导热。组成石墨烯的碳原子之间具有强共价键作用，碳原子的质量小，晶格完善，石墨烯低维结构可明显削弱晶界处的声子散射，导致声子速度很高，使石墨烯具有超高的热导率。聚合物的导热机理同样是声子传热，但聚合物大多晶格不完善，分子链随机缠结，具有高度的无序性，导致其热量无法像在晶体材料中那样进行高效传导。此外，聚合物中分子链和晶格的非谐振动、大量的晶体边界和缺陷，也会导致聚合物的热导率降低。对于填充型聚合物导热复合材料的三种导热机理，本章分别从不同角度对热导率的变化进行了解释。导热路径理论是目前聚合物导热复合材料最重要也是最广为接受的理论；导热逾渗理论虽然成功地解释了导电复合材料的电导率变化，但在热导率方面仍具有争议；热弹性系数理论将热导率视为声子传播过程中的热弹性系数，发现热导率的变化与弹性力学中弹性系数和模量的变化具有高度的相似性。粒子填充聚合物基导热复合材料的热导率模型分别以串联模型和并联模型为基础，并发展出许多适用于不同条件的数学模型，如需要满足一定的填料分布的Fricke模型、Tsao模型和Cheng-Vachon模型，需要考虑填料与填料、填料与基体之间的相互作用的Maxwell-Garnett模型、Bruggeman模型、Every模型，需要考虑填料在基体中的排列方式的Zhou模型、Rayleigh模型和Halpin-Tsai模型等。