气相沉积-电沉积法制备三维铜网络增强碳纤维/碳/环氧复合材料及其热管理性能研究

《Polymer Composites》：Copper-Coated Carbon Fiber/Carbon/Epoxy Composites Fabricated by Vapor Deposition-Electrodeposition Method With Enhanced Thermal Management Performance

随着电子设备向高集成度、高功率和高频化发展，散热问题成为制约其性能提升的关键瓶颈。研究人员通过化学气相沉积(CVD)和电沉积技术构建了三维铜包覆碳纤维/碳(Cu@CFF/C)骨架，并制备出Cu@CFF/C/环氧复合材料。该材料在25°C时面内热导率达3.45?W/(mK)，较纯环氧树脂提升1715%，有限元模拟和LED应用测试均验证其优异的热管理性能。

　　

在电子设备不断向高集成度、高功率和高频化发展的背景下，散热问题已成为制约技术进步的突出瓶颈。本研究创新性地采用气相沉积-电沉积组合工艺，成功构建了具有三维铜网格结构的碳纤维/碳/环氧复合材料（Cu@CFF/C/Epoxy）。通过化学气相沉积（CVD）和铜电沉积技术制备的铜包覆碳纤维/碳骨架，形成了高效的热传导网络。研究人员系统探究了电沉积时间对复合材料导热性能的影响规律，发现化学沉积的碳结构拓宽了热传输路径，而电沉积铜颗粒在三维网络中发挥着关键作用。这种铜增强的三维Cu@CFF/C网络结构显著提升了材料的热导率，当铜含量为5.52?vol%、碳纤维/碳含量为11.11?vol%时，复合材料在25°C下的面内热导率达到3.45?W/(mK)，较纯环氧树脂实现了1715%的惊人提升。基于能量守恒原理推导的瞬态传热方程，研究人员通过COMSOL Multiphysics软件进行有限元模拟，将傅里叶定律融入计算模型，进一步验证了Cu@CFF/C复合材料的热性能增强效应。在LED应用实验中，CFF/C/Epoxy试样表现出快速升温特性，稳定温度约为47.4°C，而Cu@CFF/C/Epoxy复合材料则展现出卓越的热管理能力。这些发现充分证明了该复合材料作为先进热管理材料的巨大应用潜力。