Please wait a minute...
Frontiers in Energy

ISSN 2095-1701

ISSN 2095-1698(Online)

CN 11-6017/TK

邮发代号 80-972

2019 Impact Factor: 2.657

Frontiers in Energy  2018, Vol. 12 Issue (1): 72-86   https://doi.org/10.1007/s11708-018-0526-6
  本期目录
Thermal transport in organic/inorganic composites
Bin LIU1, Lan DONG1, Qing XI1, Xiangfan XU1, Jun ZHOU1, Baowen LI2()
1. Center for Phononics and Thermal Energy Science; China-EU Joint Center for Nanophononics; Shanghai Key Laboratory of Special Artificial Microstructure Materials and Technology, School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
2. Department of Mechanical Engineering, University of Colorado, Boulder, CO 80309, USA
 全文: PDF(391 KB)   HTML
Abstract

Composite materials, which consist of organic and inorganic components, are widely used in various fields because of their excellent mechanical properties, resistance to corrosion, low-cost fabrication, etc. Thermal properties of organic/inorganic composites play a crucial role in some applications such as thermal interface materials for micro-electronic packaging, nano-porous materials for sensor development, thermal insulators for aerospace, and high-performance thermoelectric materials for power generation and refrigeration. In the past few years, many studies have been conducted to reveal the physical mechanism of thermal transport in organic/inorganic composite materials in order to stimulate their practical applications. In this paper, the theoretical and experimental progresses in this field are reviewed. Besides, main factors affecting the thermal conductivity of organic/inorganic composites are discussed, including the intrinsic properties of organic matrix and inorganic fillers, topological structure of composites, loading volume fraction, and the interfacial thermal resistance between fillers and organic matrix.

Key wordsthermal conductivity    organic/inorganic composites    effective medium theory    thermal percolation theory    interfacial thermal resistance
收稿日期: 2017-06-06      出版日期: 2018-03-08
Corresponding Author(s): Baowen LI   
 引用本文:   
. [J]. Frontiers in Energy, 2018, 12(1): 72-86.
Bin LIU, Lan DONG, Qing XI, Xiangfan XU, Jun ZHOU, Baowen LI. Thermal transport in organic/inorganic composites. Front. Energy, 2018, 12(1): 72-86.
 链接本文:  
https://academic.hep.com.cn/fie/CN/10.1007/s11708-018-0526-6
https://academic.hep.com.cn/fie/CN/Y2018/V12/I1/72
Fig.1  
Fig.2  
Fig.3  
Fig.4  
Fig.5  
Fillers Thermal conductivity Matrix material Enhancement/% Loading fraction/% Fabrication method Ref.
GnPs 12.4 Epoxy 6800 25 (vol) Planetary centrifugal mixer [54]
rGO 19.5 Polycarbonate ~9000 27.2 (wt) Solution casting [62]
GnPs 7.3 Polycarbonate 2942 20 (wt) Melt mixing [63]
MWCNT 0.345 Poly(L-lactide) 100 5 (wt) Melt mixing [70]
MWCNT@SiO2 0.24 Epoxy 67 1 (wt) Sol–gel method [71]
Au NW 5 PDMS 3000 3 (vol) Shear-mixed [81]
Ag NW 30.3 Polycarbonate 15000 9 (vol) Electrodeposition [83]
Cu NW 2.46 Polyacrylate 1350 0.9 (vol) Solution mix [85]
BN-POSS ~2.8 Epoxy 1360 30 (wt) Mixing [97]
BN platelets ~0.94 Epoxy resin 680 40 (wt) Magnetic alignment method [98]
Graphene 9.9 Silver+ Epoxy 500 5 (vol) High-shear mixing [101]
BN+ Al2O3 0.808 Epoxy 430 26.5 (vol) Blending–desolvation–curing method [104]
BN+ Ag NPs 3.06 Epoxy 1123 25.1 (vol) [105]
GnP+ SWCNT 1.75 Epoxy 870 10 (wt) Shear mixing [34]
Tab.1  
Fig.6  
1 Song S H, Park  K H, Kim  B H, Choi  Y W, Jun  G H, Lee  D J, Kong  B S, Paik  K W, Jeon  S. Enhanced thermal conductivity of epoxy-graphene composites by using non-oxidized graphene flakes with non-covalent functionalization. Advanced Materials, 2013, 25(5): 732–737 
https://doi.org/10.1002/adma.201202736 pmid: 23161437
2 Prasher R S, Chang  J Y, Sauciuc  I, Narasimhan S,  Chau D, Chrysler  G, Myers A,  Prstic S,  Hu C. Nano and micro technology-based next-generation package-level cooling solutions. Intel Technology Journal, 2005, 09(04): 285–296
https://doi.org/ 10.1535/itj.0904.03
3 Felba J. Thermally conductive nanocomposites. In: Felba J. Nano-bio-electronic, Photonic and MEMS Packaging. New York: Springer, Science, 2010
4 Renteria J, Legedza  S, Salgado R,  Balandin M P,  Ramirez S,  Saadah M,  Kargar F,  Balandin A A. Magnetically-functionalized self-aligning graphene fillers for high-efficiency thermal management applications. Materials & Design, 2015, 88: 214–221 
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.08.135
5 Bell L E. Cooling, heating, generating power, and recovering waste heat with thermoelectric systems. Science, 2008, 321(5895): 1457–1461 
https://doi.org/10.1126/science.1158899  pmid: 18787160
6 Zhang B, Sun  J, Katz H E,  Fang F, Opila  R L. Promising thermoelectric properties of commercial PEDOT: PSS materials and their bi2Te3 powder composites. ACS Applied Materials & Interfaces, 2010, 2(11): 3170–3178
https://doi.org/10.1021/am100654p  pmid: 21053917
7 See K C, Feser  J P, Chen  C E, Majumdar  A, Urban J J,  Segalman R A. Water-processable polymer-nanocrystal hybrids for thermoelectrics. Nano Letters, 2010, 10(11): 4664–4667  
https://doi.org/10.1021/nl102880k pmid: 20923178
8 Wang Y, Zhang  S M, Deng  Y. Flexible low-grade energy utilization devices based on high-performance thermoelectric polyaniline/tellurium nanorod hybrid films. Journal of Materials Chemistry A, Materials for Energy and Sustainability, 2016, 4(9): 3554–3559 
https://doi.org/10.1039/C6TA01140C
9 Hong C T, Lee  W, Kang Y H,  Yoo Y, Ryu  J, Cho S Y,  Jang K S. Effective doping by spin-coating and enhanced thermoelectric power factors in SWCNT/P3HT hybrid films. Journal of Materials Chemistry A, Materials for Energy and Sustainability, 2015, 3(23): 12314–12319
https://doi.org/ 10.1039/C5TA02443A
10 Zhou C, Dun  C, Wang Q,  Wang K, Shi  Z, Carroll D L,  Liu G, Qiao  G. Nanowires as building blocks to fabricate flexible thermoelectric fabric: the case of copper telluride nanowires. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(38): 21015–21020  
https://doi.org/10.1021/acsami.5b07144 pmid: 26376703
11 Wan C, Gu  X, Dang F,  Itoh T, Wang  Y, Sasaki H,  Kondo M,  Koga K, Yabuki  K, Snyder G J,  Yang R, Koumoto  K. Flexible n-type thermoelectric materials by organic intercalation of layered transition metal dichalcogenide TiS2. Nature Materials, 2015, 14(6): 622–627 
https://doi.org/10.1038/nmat4251 pmid: 25849369
12 Wang H, Hsu  J H, Yi  S I, Kim  S L, Choi  K, Yang G,  Yu C. Thermally driven large n-type voltage responses from hybrids of carbon nanotubes and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) with tetrakis(dimethylamino)ethylene. Advanced Materials, 2015, 27(43): 6855–6861 
https://doi.org/10.1002/adma.201502950 pmid: 26427006
13 Sun Y, Qiu  L, Tang L,  Geng H, Wang  H, Zhang F,  Huang D,  Xu W, Yue  P, Guan Y S,  Jiao F, Sun  Y, Tang D,  Di C A,  Yi Y, Zhu  D. Flexible n-type high-performance thermoelectric thin films of poly(nickel-ethylenetetrathiolate) prepared by an electrochemical method. Advanced Materials, 2016, 28(17): 3351–3358
https://doi.org/ 10.1002/adma.201505922 pmid: 26928813
14 Liu Y, Song  Z, Zhang Q,  Zhou Z, Tang  Y, Wang L,  Zhu J, Luo  W, Jiang W. Preparation of bulk AgNWs/PEDOT: PSS composites: a new model towards high-performance bulk organic thermoelectric materials. RSC Advances, 2015, 5(56): 45106–45112 
https://doi.org/10.1039/C5RA05551B
15 Chen Y, He  M, Liu B,  Bazan G C,  Zhou J, Liang  Z. Bendable n-type metallic nanocomposites with large thermoelectric power factor. Advanced Materials, 2017, 29(4): 1604752 
https://doi.org/10.1002/adma.201604752  pmid: 27859788
16 Dresselhaus M S,  Chen G, Tang  M Y, Yang  R G, Lee  H, Wang D,  Ren Z, Fleurial  J, Gogna P. New directions for low-dimensional thermoelectric materials. Advanced Materials, 2007, 19(8): 1043–1053
https://doi.org/ 10.1002/adma.200600527
17 Zhou J, Li  X, Chen G,  Yang R G. Semiclassical model for thermoelectric transport in nanocomposites. Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics, 2010, 82(11): 115308 
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.115308
18 Goyala V, Balandinb  A A. Thermal properties of the hybrid graphene-metal nano-micro-composites: applications in thermal interface materials. Applied Physics Letters, 2012, 100(7): 073113 
https://doi.org/10.1063/1.3687173
19 Gojny F H, Wichmann  M H G, Fiedler  B, Kinloch I A,  Bauhofer W,  Windle A H,  Schulte K. Evaluation and identification of electrical and thermal conduction mechanisms in carbon nanotube/epoxy composites. Polymer, 2006, 47(6): 2036–2045 
https://doi.org/10.1016/j.polymer.2006.01.029
20 Haggenmueller R, Guthy  C, Lukes J R,  Fischer J E,  Winey K I. Single wall carbon nanotube/polyethylene nanocomposites: thermal and electrical conductivity. Macromolecules, 2007, 40(7): 2417–2421
https://doi.org/ 10.1021/ma0615046
21 Min C, Yu  D, Cao J,  Wang G, Feng  L. A graphite nanoplatelet/epoxy composite with high dielectric constant and high thermal conductivity. Carbon, 2013, 55: 116–125 
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.12.017
22 Hung M T, Choi  O, Ju Y S,  Hahn H T. Heat conduction in graphite-nanoplatelet-reinforced polymer nanocomposites. Applied Physics Letters, 2006, 89(2): 023117 
https://doi.org/10.1063/1.2221874
23 Zhou W, Wang  C, Ai T,  Wu K, Zhao  F, Gu H. A novel fiber-reinforced polyethylene composite with added silicon nitride particles for enhanced thermal conductivity. Composites. Part A, Applied Science and Manufacturing, 2009, 40(6–7): 830–836
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2009.04.005
24 He H, Fu  R, Shen Y,  Han Y, Song  X. Preparation and properties of Si3N4/PS composites used for electronic packaging. Composites Science and Technology, 2007, 67(11–12): 2493–2499 
https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.12.014
25 Jo I, Pettes  M T, Kim  J, Watanabe K,  Taniguchi T,  Yao Z, Shi  L. Thermal conductivity and phonon transport in suspended few-layer hexagonal boron nitride. Nano Letters, 2013, 13(2): 550–554 
https://doi.org/10.1021/nl304060g pmid: 23346863
26 Zeng J L, Cao  Z, Yang D W,  Sun L X,  Zhang L. Thermal conductivity enhancement of Ag nanowires on an organic phase change material. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2010, 101(1): 385–389 
https://doi.org/10.1007/s10973-009-0472-y
27 Wang W, Yang  X, Fang Y,  Ding J, Yan  J. Enhanced thermal conductivity and thermal performance of form-stable composite phase change materials by using β-Aluminum nitride. Applied Energy, 2009, 86(7–8): 1196–1200
https://doi.org/ 10.1016/j.apenergy.2008.10.020
28 Li Y, Huang  X, Hu Z,  Jiang P,  Li S, Tanaka  T. Large dielectric constant and high thermal conductivity in poly(vinylidene fluoride)/barium titanate/silicon carbide three-phase nanocomposites. ACS Applied Materials & Interfaces, 2011, 3(11): 4396–4403  
https://doi.org/10.1021/am2010459 pmid: 22008305
29 Manchado M A L,  Valentini L,  Biagiotti J,  Kenny J M. Thermal and mechanical properties of single-walled carbon nanotubes-polypropylene composites prepared by melt processing. Carbon, 2005, 43(7): 1499–1505
https://doi.org/ 10.1016/j.carbon.2005.01.031
30 Han Z, Fina  A. Thermal conductivity of carbon nanotubes and their polymer nanocomposites: a review. Progress in Polymer Science, 2011, 36(7): 914–944 
https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2010.11.004
31 Shahil K M F,  Balandin A A. Graphene-multilayer graphene nanocomposites as highly efficient thermal interface materials. Nano Letters, 2012, 12(2): 861–867 
https://doi.org/10.1021/nl203906r pmid: 22214526
32 Shenogina N, Shenogin  S, Xue L,  Keblinski P. On the lack of thermal percolation in carbon nanotube composites. Applied Physics Letters, 2005, 87(13): 133106
https://doi.org/ 10.1063/1.2056591
33 Shi J, Ger  M, Liu Y,  Fan Y, Wen  N, Lin C,  Pu N. Improving the thermal conductivity and shape-stabilization of phase  change materials using nanographite additives. Carbon, 2013, 51: 365–372 
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.08.068
34 Yu A, Ramesh  P, Sun X,  Bekyarova E,  Itkis M E,  Haddon R C. Enhanced thermal conductivity in a hybrid graphite nanoplatelet–carbon nanotube filler for epoxy composites. Advanced Materials, 2008, 20(24): 4740–4744
https://doi.org/10.1002/adma.200800401
35 Huxtable S T, Cahill  D G, Shenogin  S, Xue L,  Ozisik R,  Barone P,  Usrey M,  Strano M S,  Siddons G,  Shim M, Keblinski  P. Interfacial heat flow in carbon nanotube suspensions. Nature Materials, 2003, 2(11): 731–734 
https://doi.org/10.1038/nmat996 pmid: 14556001
36 Foygel M, Morris  R D, Anez  D, French S,  Sobolev V L. Theoretical and computational studies of carbon nanotube composites and suspensions: electrical and thermal conductivity. Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics, 2005, 71(10): 104201
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.71.104201
37 Coleman J N, Curran  S, Dalton A B,  Davey A P,  McCarthy B,  Blau W, Barklie  R C. Percolation-dominated conductivity in a conjugated-polymer-carbon-nanotube composite. Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics, 1998, 58(12): R7492–R7495 
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.R7492
38 Wang L, Dang  Z. Carbon nanotube composites with high dielectric constant at low percolation threshold. Applied Physics Letters, 2005, 87(4): 042903
https://doi.org/10.1063/1.1996842
39 Kirkpatrick S. Percolation and conduction. Reviews of Modern Physics, 1973, 45(4): 574–588 
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.45.574
40 Nakayama T, Yakubo  K, Orbach R L. Dynamical properties of fractal networks: scaling, numerical simulations, and physical realizations. Reviews of Modern Physics, 1994, 66(2): 381–443 
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.66.381
41 Balberg I, Anderson  C H, Alexander  S, Wagner N. Excluded volume and its relation to the onset of percolation. Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics, 1984, 30(7): 3933–3943
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.30.3933
42 Tian W, Yang  R. Phonon transport and thermal conductivity percolation in random nanoparticle composites. Computer Modeling in Engineering & Sciences, 2008, 24: 123–141
43 Zheng R, Gao  J, Wang J,  Feng S P,  Ohtani H,  Wang J, Chen  G. Thermal percolation in stable graphite suspensions. Nano Letters, 2012, 12(1): 188–192 
https://doi.org/10.1021/nl203276y pmid: 22145977
44 Kilbride B E, Coleman  J N, Fraysse  J, Fournet P,  Cadek M,  Drury A,  Hutzler S,  Roth S, Blau  W J. Experimental observation of scaling laws for alternating current and direct current conductivity in polymer-carbon nanotube composite thin films. Journal of Applied Physics, 2002, 92(7): 4024–4030 
https://doi.org/10.1063/1.1506397
45 Last B J, Thouless  D J. Percolation theory and electrical conductivity. Physical Review Letters, 1971, 27(25): 1719–1721 
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.27.1719
46 Stankovich S, Dikin  D A, Dommett  G H B, Kohlhaas  K M, Zimney  E J, Stach  E A, Piner  R D, Nguyen  S T, Ruoff  R S. Graphene-based composite materials. Nature, 2006, 442(7100): 282–286
https://doi.org/ 10.1038/nature04969 pmid: 16855586
47 Veca M L, Meziani  M J, Wang  W, Wang X,  Lu F, Zhang  P, Lin Y,  Fee R, Connell  J W, Sun  Y. Carbon nanosheets for polymeric nanocomposites with high thermal conductivity. Advanced Materials, 2009, 21(20): 2088–2092 
https://doi.org/10.1002/adma.200802317
48 Jang W, Chen  Z, Bao W,  Lau C N,  Dames C. Thickness-dependent thermal conductivity of encased graphene and ultrathin graphite. Nano Letters, 2010, 10(10): 3909–3913 
https://doi.org/10.1021/nl101613u pmid: 20836537
49 Yu A, Ramesh  P, Itkis M E,  Bekyarova E,  Haddon R C. Graphite nanoplatelet-epoxy composite thermal interface materials. Journal of Physical Chemistry C, 2007, 111(21): 7565–7569 
https://doi.org/10.1021/jp071761s
50 Tian X, Itkis  M E, Bekyarova  E B, Haddon  R C. Anisotropic thermal and electrical properties of thin thermal interface layers of graphite nanoplatelet-based composites. Scientific Reports, 2013, 3(1): 1710
https://doi.org/ 10.1038/srep01710
51 Gu J, Xie  C, Li H,  Dang J, Geng  W, Zhang Q. Thermal percolation behavior of graphene nanoplatelets/polyphenylene sulfide thermal conductivity composites. Polymer Composites, 2014, 35: 1087–1092
52 Ding P, Zhang  J, Song N,  Tang S, Liu  Y, Shi L. Anisotropic thermal conductive properties of hot-pressed polystyrene/graphene composites in the through-plane and in-plane directions. Composites Science and Technology, 2015, 109: 25–31
https://doi.org/ 10.1016/j.compscitech.2015.01.015
53 Ding P, Su  S, Song N,  Tang S, Liu  Y, Shi L. Highly thermal conductive composites with polyamide-6 covalently-grafted graphene by an in situ polymerization and thermal reduction process. Carbon, 2014, 66: 576–584
https://doi.org/ 10.1016/j.carbon.2013.09.041
54 Shtein M, Nadiv  R, Buzaglo M,  Kahil K,  Regev O. Thermally conductive graphene-polymer composites: size, percolation, and synergy effects. Chemistry of Materials, 2015, 27(6): 2100–2106 
https://doi.org/10.1021/cm504550e
55 Shtein M, Nadiv  R, Buzaglo M,  Regev O. Graphene-based hybrid composites for efficient thermal management of electronic devices. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(42): 23725–23730 
https://doi.org/10.1021/acsami.5b07866 pmid: 26445279
56 Guo W, Chen  G. Fabrication of graphene/epoxy resin composites with much enhanced thermal conductivity via ball milling technique. Journal of Applied Polymer Science, 2014, 131(15): 40565 
https://doi.org/10.1002/app.40565
57 Eksik O, Bartolucci  S F, Gupta  T, Fard H,  Borca-Tasciuc T,  Koratkar N. A novel approach to enhance the thermal conductivity of epoxy nanocomposites using graphene core-shell additives. Carbon, 2016, 101: 239–244 
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.01.095
58 Ma L, Wang  J, Marconnet A M,  Barbati A C,  McKinley G H,  Liu W, Chen  G. Viscosity and thermal conductivity of stable graphite suspensions near percolation. Nano Letters, 2015, 15(1): 127–133 
https://doi.org/10.1021/nl503181w pmid: 25469709
59 Swartz E T, Pohl  R O. Thermal boundary resistance. Reviews of Modern Physics, 1989, 61(3): 605–668 
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.61.605
60 Malekpour H, Chang  K H, Chen  J C, Lu  C Y, Nika  D L, Novoselov  K S, Balandin  A A. Thermal conductivity of graphene laminate. Nano Letters, 2014, 14(9): 5155–5161 
https://doi.org/10.1021/nl501996v pmid: 25111490
61 Kumar P, Shahzad  F, Yu S,  Hong S M,  Kim Y, Koo  C M. Large-area reduced graphene oxide thin film with excellent thermal conductivity and electromagnetic interference shielding effectiveness. Carbon, 2015, 94: 494–500 
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.07.032
62 Kumar P, Yu  S, Shahzad F,  Hong S M,  Kim Y H,  Koo C M. Ultrahigh electrically and thermally conductive self-aligned graphene/polymer composites using large-area reduced graphene oxides. Carbon, 2016, 101: 120–128 
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.01.088
63 Kim H S, Bae  H S, Yu  J, Kim S Y. Thermal conductivity of polymer composites with the geometrical characteristics of graphene nanoplatelets. Scientific Reports, 2016, 6(1): 26825
https://doi.org/10.1038/srep26825 pmid: 27220415
64 Lin C, Chung  D D L. Graphite nanoplatelet pastes vs. carbon  black pastes as thermal interface materials. Carbon, 2009, 47(1): 295–305
https://doi.org/ 10.1016/j.carbon.2008.10.011
65 Chatterjee S, Nafezarefi  F, Tai N H,  Schlagenhauf L,  Nüesch F A,  Chu B T T. Size and synergy effects of nanofiller hybrids including graphene nanoplatelets and carbon nanotubes in mechanical properties of epoxy composites. Carbon, 2012, 50(15): 5380–5386
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.07.021
66 Li Q, Guo  Y, Li W,  Qiu S, Zhu  C, Wei X,  Chen M, Liu  C, Liao S,  Gong Y, Mishra  A K, Liu  L. Ultrahigh thermal conductivity of assembled aligned multilayer graphene/epoxy composite. Chemistry of Materials, 2014, 26(15): 4459–4465 
https://doi.org/10.1021/cm501473t
67 De Volder M F,  Tawfick S H,  Baughman R H,  Hart A J. Carbon nanotubes: present and future commercial applications. Science, 2013, 339(6119): 535–539  
https://doi.org/10.1126/science.1222453 pmid: 23372006
68 Behabtu N, Young  C C, Tsentalovich  D E, Kleinerman  O, Wang X,  Ma A W K,  Bengio E A,  ter Waarbeek R F,  de Jong J J,  Hoogerwerf R E,  Fairchild S B,  Ferguson J B,  Maruyama B,  Kono J, Talmon  Y, Cohen Y,  Otto M J,  Pasquali M. Strong, light, multifunctional fibers of carbon nanotubes with ultrahigh conductivity. Science, 2013, 339(6116): 182–186 
https://doi.org/10.1126/science.1228061 pmid: 23307737
69 Marconnet A M,  Yamamoto N,  Panzer M A,  Wardle B L,  Goodson K E. Thermal conduction in aligned carbon nanotube-polymer nanocomposites with high packing density. ACS Nano, 2011, 5(6): 4818–4825 
https://doi.org/10.1021/nn200847u pmid: 21598962
70 Lizundia E, Oleaga  A, Salazar A,  Sarasua J R. Nano- and microstructural effects on thermal properties of poly(L-lactide)/multi-wall carbon nanotube composites. Polymer, 2012, 53(12): 2412–2421 
https://doi.org/10.1016/j.polymer.2012.03.046
71 Cui W, Du  F, Zhao J,  Zhang W,  Yang Y, Xie  X, Mai Y. Improving thermal conductivity while retaining high electrical resistivity of epoxy composites by incorporating silica-coated multi-walled carbon nanotubes. Carbon, 2011, 49(2): 495–500 
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.09.047
72 Rahmat M, Hubert  P. Carbon nanotube–polymer interactions in nanocomposites: a review. Composites Science and Technology, 2011, 72(1): 72–84 
https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2011.10.002
73 Yu W, Fu  J, Chen L,  Zong P, Yin  J, Shang D,  Lu Q, Chen  H, Shi L. Enhanced thermal conductive property of epoxy composites by low mass fraction of organic-inorganic multilayer covalently grafted carbon nanotubes. Composites Science and Technology, 2016, 125: 90–99
https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2016.01.005
74 Zhao J, Du  F, Cui W,  Zhu P, Zhou  X, Xie X. Effect of silica coating thickness on the thermal conductivity of polyurethane/SiO2 coated multi-walled carbon nanotube composites. Composites Part A, Applied Science and Manufacturing, 2014, 58: 1–6
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2013.11.008
75 Gulotty R, Castellino  M, Jagdale P,  Tagliaferro A,  Balandin A A. Effects of functionalization on thermal properties of single-wall and multi-wall carbon nanotube-polymer nanocomposites. ACS Nano, 2013, 7(6): 5114–5121
https://doi.org/10.1021/nn400726g pmid: 23672711
76 Bonnet P, Sireude  D, Garnier B,  Chauvet O. Thermal properties and percolation in carbon nanotube-polymer composites. Applied Physics Letters, 2007, 91(20): 201910
https://doi.org/10.1063/1.2813625
77 Kapadia R S, Louie  B M, Bandaru  P R. The influence of carbon nanotube aspect ratio on thermal conductivity enhancement in nanotube-polymer composites. Journal of Heat Transfer, 2013, 136(1): 011303 
https://doi.org/10.1115/1.4025047
78 Lu C, Mai  Y W. Anomalous electrical conductivity and percolation in carbon nanotube composites. Journal of Materials Science, 2008, 43(17): 6012–6015
https://doi.org/ 10.1007/s10853-008-2917-2
79 Sato K, Ijuin  A, Hotta Y. Thermal conductivity enhancement of alumina/polyamide composites via interfacial modification. Ceramics International, 2015, 41(8): 10314–10318 
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.04.088
80 Zhou W, Yu  D. Thermal and dielectric properties of the aluminum particle/epoxy resin composites. Journal of Applied Polymer Science, 2010, 118(6): 3156–3166
https://doi.org/ 10.1002/app.32442
81 Balachander N, Seshadri  I, Mehta R J,  Schadler L S,  Borca-Tasciuc T,  Keblinski P,  Ramanath G. Nanowire-filled polymer composites with ultrahigh thermal conductivity. Applied Physics Letters, 2013, 102(9): 093117
https://doi.org/ 10.1063/1.4793419
82 Zeng J L, Cao  Z, Yang D W,  Sun L, Zhang  L. Thermal conductivity enhancement of Ag nanowires on an organic phase change material. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2010, 101(1): 385–389 
https://doi.org/10.1007/s10973-009-0472-y
83 Xu J, Munari  A, Dalton E,  Mathewson A,  Razeeb K M. Silver nanowire array-polymer composite as thermal interface material. Journal of Applied Physics, 2009, 106(12): 124310
https://doi.org/ 10.1063/1.3271149
84 Zhu D, Yu  W, Du H,  Chen L, Li  Y, Xie H.Thermal conductivity of composite materials containing copper nanowires. Journal of Nanomaterials, 2016, 3089716
85 Wang S, Cheng  Y, Wang R,  Sun J, Gao  L. Highly thermal conductive copper nanowire composites with ultralow loading: toward applications as thermal interface materials. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6(9): 6481–6486 
https://doi.org/10.1021/am500009p pmid: 24716483
86 Nikkeshi S, Kudo  M, Masuko T. Dynamic viscoelastic properties and thermal properties of Ni powder–epoxy resin composites. Journal of Applied Polymer Science, 1998, 69(13): 2593–2598 
https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19980926)69:13<2593::AID-APP9>3.0.CO;2-5
87 Szostak M, Andezejewski  J. Thermal properties of polymer-metal composites. Proceedings of the ASME 2014 12th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis, American Society of Mechanical Engineers, 2014
88 Sim L C, Ramanan  S R, Ismail  H, Seetharamu K N,  Goh T J. Thermal characterization of Al2O3 and ZnO reinforced silicone rubber as thermal pads for heat dissipation purposes. Thermochimica Acta, 2005, 430(1–2): 155–165 
https://doi.org/10.1016/j.tca.2004.12.024
89 Choi S, Kim  J. Thermal conductivity of epoxy composites with a binary-particle system of aluminum oxide and aluminum nitride fillers. Composites Part B, Engineering, 2013, 51: 140–147
https://doi.org/ 10.1016/j.compositesb.2013.03.002
90 Gu J, Liang  C, Dang J,  Dong W, Zhang  Q. Ideal dielectric thermally conductive bismaleimide nanocomposites filled with polyhedral oligomeric silsesquioxane functionalized nanosized boron nitride. RSC Advances, 2016, 6(42): 35809–35814
https://doi.org/ 10.1039/C6RA04513H
91 Kim K, Kim  M, Hwang Y,  Kim J. Chemically modified boron nitride-epoxy terminated dimethylsiloxane composite for improving the thermal conductivity. Ceramics International, 2014, 40(1): 2047–2056
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.07.117
92 Yu W, Wang  M, Xie H,  Hu Y, Chen  L. Silicon carbide nanowires suspensions with high thermal transport properties. Applied Thermal Engineering, 2016, 94: 350–354 
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.10.116
93 Ishida H, Rimdusit  S. Very high thermal conductivity obtained by boron nitride-filled polybenzoxazine. Thermochimica Acta, 1998, 320(1–2): 177–186 
https://doi.org/10.1016/S0040-6031(98)00463-8
94 Bujard P. Thermal conductivity of boron nitride filled epoxy resins: temperature dependence and influence of sample preparation. Conference on Thermal Phenomena in the Fabrication & Operation of Electronic Components: I-therm, 1988, 41–49
95 Yung K C, Liem  H. Enhanced thermal conductivity of boron nitride epoxy-matrix composite through multi-modal particle size mixing. Journal of Applied Polymer Science, 2007, 106(6): 3587–3591
https://doi.org/ 10.1002/app.27027
96 Li T L, Hsu  S L. Enhanced thermal conductivity of polyimide films via a hybrid of micro- and nano-sized boron nitride. Journal of Physical Chemistry B, 2010, 114(20): 6825–6829
https://doi.org/ 10.1021/jp101857w pmid: 20433158
97 Huang X, Zhi  C, Jiang P,  Golberg D,  Bando Y,  Tanaka T. Polyhedral oligosilsesquioxane-modified boron nitride nanotube based epoxy nanocomposites: an ideal dielectric material with high thermal conductivity. Advanced Functional Materials, 2013, 23(14): 1824–1831 
https://doi.org/10.1002/adfm.201201824
98 Lin Z, Liu  Y, Raghavan S,  Moon K S,  Sitaraman S K,  Wong C P. Magnetic alignment of hexagonal boron nitride platelets in polymer matrix: toward high performance anisotropic polymer composites for electronic encapsulation. ACS Applied Materials & Interfaces, 2013, 5(15): 7633–7640
https://doi.org/10.1021/am401939z pmid: 23815609
99 Takahashi F, Ito  K, Morikawa J,  Hashimoto T,  Hatta I. Characterization of heat conduction in a polymer film. Japanese Journal of Applied Physics, 2004, 43(10): 7200–7204 
https://doi.org/10.1143/JJAP.43.7200
100 Yuan C, Duan  B, Li L,  Xie B, Huang  M, Luo X. Thermal conductivity of polymer-based composites with magnetic aligned hexagonal boron nitride platelets. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(23): 13000–13006 
https://doi.org/ 10.1021/acsami.5b03007 pmid: 25996341
101 Goyal V, Balandin  A A. Thermal properties of the hybrid graphene-metal nano-micro-composites: applications in thermal interface materials. Applied Physics Letters, 2012, 100(7): 073113
https://doi.org/ 10.1063/1.3687173
102 Zhou T, Wang  X, Liu X,  Xiong D. Improved thermal conductivity of epoxy composites using a hybrid multi-walled carbon nanotube/micro-SiC filler. Carbon, 2010, 48(4): 1171–1176
https://doi.org/ 10.1016/j.carbon.2009.11.040
103 Lee G W, Park  M, Kim J,  Lee J I,  Yoon H G. Enhanced thermal conductivity of polymer composites filled with hybrid filler. Composites Part A, Applied Science and Manufacturing, 2006, 37(5): 727–734 
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2005.07.006
104 Fang L, Wu  C, Qian R,  Xie L, Yang  K, Jiang P. Nano–micro structure of functionalized boron nitride and aluminum oxide for epoxy composites with enhanced thermal conductivity and breakdown strength. RSC Advances, 2014, 4(40): 21010–21017
https://doi.org/ 10.1039/C4RA01194E
105 Wang F, Zeng  X, Yao Y,  Sun R, Xu  J, Wong C P. Silver nanoparticle-deposited boron nitride nanosheets as fillers for polymeric composites with high thermal conductivity. Scientific Reports, 2016, 6(1): 19394 
https://doi.org/ 10.1038/srep19394 pmid: 26783258
106 Garnett J C M. Colours in metal glasses and in metallic films. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 1904, 203(359–-371): 385–420
https://doi.org/10.1098/rsta.1904.0024
107 Bruggeman D A G. Calculation of different physical constants of heterogeneous substances, I. dielectric constants and conductances of mixers of isotropic substances. Annalen der Physik. Leipzig, 1935, 24: 636–679 (in German)
108 Hamilton R L, Crosser  O K. Thermal conductivity of heterogeneous two-component systems. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals, 1962, 1(3): 187–191
https://doi.org/10.1021/i160003a005
109 Jeffrey D J. Conduction through a random suspension of spheres. Proceedings of the Royal Society of London A Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1973, 335: 355–367
110 Bonnecaze R T,  Brady J F. The effective conductivity of random suspensions of spherical particles.  Proceedings of the Royal Society of London A Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1991, 432: 445–465
111 Bonnecaze R T,  Brady J F. A method for determining the effective conductivity of dispersions of particles. Proceedings of the Royal Society of London A Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1990, 430: 285–313
112 Yu W, Choi  S U S. The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nanofluids: a renovated Maxwell model. Journal of Nanoparticle Research, 2003, 5(1/2): 167–171 
https://doi.org/10.1023/A:1024438603801
113 Keblinski P, Eastman  J A, Cahill  D G. Nanofluids for thermal transport. Materials Today, 2005, 8(6): 36–44 
https://doi.org/10.1016/S1369-7021(05)70936-6
114 Patel H E, Das  S K, Sundararajan  T, Nair A S,  George B,  Pradeep T. Thermal conductivities of naked and monolayer protected metal nanoparticle based nanofluids: manifestation of anomalous enhancement and chemical effects. Applied Physics Letters, 2003, 83(14): 2931–2933
https://doi.org/ 10.1063/1.1602578
115 Choi S U S,  Zhang Z G,  Yu W, Lockwood  F E, Grulke  E A. Anomalous thermal conductivity enhancement in nanotube suspensions. Applied Physics Letters, 2001, 79(14): 2252–2254 
https://doi.org/10.1063/1.1408272
116 Eastman J A, Choi  S U S, Li  S, Yu W,  Thompson L J. Anomalously increased effective thermal conductivities of ethylene glycol-based nanofluids containing copper nanoparticles. Applied Physics Letters, 2001, 78(6): 718–720 
https://doi.org/10.1063/1.1341218
117 Keblinski P, Phillpot  S R, Choi  S U S, Eastman  J A. Mechanisms of heat flow in suspensions of nano-sized particles (nanofluids). International Journal of Heat and Mass Transfer, 2002, 45(4): 855–863 
https://doi.org/10.1016/S0017-9310(01)00175-2
118 Kumar D H, Patel  H E, Kumar  V R R, Sundararajan  T, Pradeep T,  Das S K. Model for heat conduction in nanofluids. Physical Review Letters, 2004, 93(14): 144301  
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.144301 pmid: 15524799
119 Xuan Y, Li  Q, Hu W. Aggregation structure and thermal conductivity of nanofluids. AIChE Journal, 2003, 49(4): 1038–1043 
https://doi.org/10.1002/aic.690490420
120 Kapitza P L. Heat transfer and superfluidity of helium II. Physical Review, 1941, 20: 354–355
121 Hu L, Desai  T, Keblinski P. Determination of interfacial thermal resistance at the nanoscale. Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics, 2011, 83(19): 195423 
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.195423
122 Hasselman D P H,  Johnson L F. Effective thermal conductivity of composites with interfacial thermal barrier resistance. Journal of Composite Materials, 1987, 21(6): 508–515 
https://doi.org/10.1177/002199838702100602
123 Benveniste Y. Effective thermal conductivity of composites with a thermal contact resistance between the constituents: nondilute case. Journal of Applied Physics, 1987, 61(8): 2840–2843
https://doi.org/10.1063/1.337877
124 Nan C W, Birringer  R, Clarke D R,  Gleiter H. Effective thermal conductivity of particulate composites with interfacial thermal resistance. Journal of Applied Physics, 1997, 81(10): 6692–6699
https://doi.org/ 10.1063/1.365209
125 Nan C W, Liu  G, Lin Y,  Li M. Interface effect on thermal conductivity of carbon nanotube composites. Applied Physics Letters, 2004, 85(16): 3549–3551
https://doi.org/ 10.1063/1.1808874
126 Ordonez-Miranda J, Yang  R. Effect of a metallic coating on the thermal conductivity of carbon nanofiber–dielectric matrix composites. Composites Science and Technology, 2015, 109: 18–24 
https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2015.01.010
127 Ordonez-Miranda J, Yang  R, Alvarado-Gil J J. A model for the effective thermal conductivity of metal-nonmetal particulate composites. Journal of Applied Physics, 2012, 111(4): 044319 
https://doi.org/10.1063/1.3688044
128 Ordonez-Miranda J, Yang  R, Alvarado-Gil J J. A crowding factor model for the thermal conductivity of particulate composites at non-dilute limit. Journal of Applied Physics, 2013, 114(6): 064306 
https://doi.org/10.1063/1.4818409
129 Minnich A, Chen  G. Modified effective medium formulation for the thermal conductivity of nanocomposites. Applied Physics Letters, 2007, 91(7): 073105
https://doi.org/ 10.1063/1.2771040
130 Ordonez-Miranda J, Yang  R, Alvarado-Gil J J. On the thermal conductivity of particulate nanocomposites. Applied Physics Letters, 2011, 98(23): 233111
https://doi.org/ 10.1063/1.3593387
131 Kim G H, Lee  D, Shanker A,  Shao L, Kwon  M S, Gidley  D, Kim J,  Pipe K P. High thermal conductivity in amorphous polymer blends by engineered interchain interactions. Nature Materials, 2014, 14(3): 295–300 
https://doi.org/10.1038/nmat4141 pmid: 25419813
132 Agari Y, Ueda  A, Tanaka M,  Nagai S. Thermal conductivity of a polymer filled with particles in the wide range from low to super-high volume content. Journal of Applied Polymer Science, 1990, 40(56): 929–941 
https://doi.org/10.1002/app.1990.070400526
133 Wang B, Zhou  L, Peng X. A fractal model for predicting the effective thermal conductivity of liquid with suspension of nanoparticles. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2003, 46(14): 2665–2672
https://doi.org/ 10.1016/S0017-9310(03)00016-4
134 Yu K W. Effective nonlinear response of fractal clusters. Physical Review B: Condensed Matter, 1994, 49(14): 9989–9992 
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.49.9989 pmid: 10009807
135 Devpura A, Phelan  P E, Prasher  R S. Size effects on the thermal conductivity of polymers laden with highly conductive filler particles. Microscale Thermophysical Engineering, 2001, 5(3): 177–189
https://doi.org/ 10.1080/108939501753222869
136 Duong H M, Papavassiliou  D V, Lee  L L, Mullen  K J. Random walks in nanotube composites: improved algorithms and the role of thermal boundary resistance. Applied Physics Letters, 2005, 87(1): 013101
https://doi.org/10.1063/1.1940737
137 Singh I V, Tanaka  M, Endo M. Effect of interface on the thermal conductivity of carbon nanotube composites. International Journal of Thermal Sciences, 2007, 46(9): 842–847 
https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2006.11.003
138 Duong H M, Yamamoto  N, Papavassiliou D V,  Maruyama S,  Wardle B L. Inter-carbon nanotube contact in thermal transport of controlled-morphology polymer nanocomposites. Nanotechnology, 2009, 20(15): 155702  
https://doi.org/10.1088/0957-4484/20/15/155702 pmid: 19420554
139 Kumar S, Alam  M A, Murthy  J Y. Effect of percolation on thermal transport in nanotube composites. Applied Physics Letters, 2007, 90(10): 104105
https://doi.org/10.1063/1.2712428
140 Kumar S, Murthy  J Y, Alam  M A. Percolating conduction in finite nanotube networks. Physical Review Letters, 2005, 95(6): 066802 
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.066802  pmid: 16090972
141 Tian W, Yang  R. Effect of interface scattering on phonon thermal conductivity percolation in random nanowire composites. Applied Physics Letters, 2007, 90(26): 263105 
https://doi.org/10.1063/1.2751610
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed