Abstract The lack of thermal conductance (TC) remains to be a challenge for epoxy resin. Fortunately, the thermal conductance of epoxy resin can be effectively improved by filler incorporation. Recently, compositing epoxy resin with hybrid filler system has been the direction for the development of next-generation thermal conductive functional materials. In this paper, epoxy-based nanocomposites containing nanodiamonds (DNDs)/pristine multi-walled carbon nanotubes (p-MWCNTs) and DNDs/KH550 functionalized MWCNTs (MWCNTs-KH) as the hybrid filler system were prepared respectively, and the thermal conductance of the nanocomposites was compared. The addition of DNDs was found to play a dominating role in the MWCNTs-KH filler systems (0.2 g, from 0.30 W/mK to 0.34 W/mK), but hardly has any effect on the p-MWCNTs filler system (0.2 g, from 0.24 to 0.26 W/mK only). Furthermore, the TC of the DNDs/MWCNTs-KH (2 g) epoxy-based nanocomposite increased to 0.45 W/mK, displaying an enhancement of 114.2 %. A shift of 5 cm-1 recorded by FTIR and the shift of C O revealed by XPS for DNDs/MWCNTs-KH strongly confirmed the existence of hydrogen bonds. Associating with the characterization results of SEM, TEM and dispersion qualitative experiment, the significant improvement in the TC of DNDs/MWCNTs-KH (2 g) epoxy-based nanocomposite was attributed to the hydrogen bond attachment between DNDs and MWCNTs-KH. The mechanism is that the attachment improves the dispersion of the fillers in epoxy, leading to the formation of a more effective thermal conductive network, thus, the enhanced TC. This work may inspire future studies in hybrid filler recognition and self-assemble technology via hydrogen bonds.

中文翻译：

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氢键导致纳米金刚石在不同 MWCNTs 环氧基纳米复合材料中表现出不同的热导率

摘要 缺乏导热性 (TC) 仍然是环氧树脂面临的挑战。幸运的是，环氧树脂的导热性可以通过填料的加入而得到有效的提高。近年来，将环氧树脂与混合填料体系复合已成为下一代导热功能材料的发展方向。在本文中，分别制备了含有纳米金刚石（DNDs）/原始多壁碳纳米管（p-MWCNTs）和DNDs/KH550功能化多壁碳纳米管（MWCNTs-KH）作为混合填料体系的环氧基纳米复合材料，并测定了其热导率。纳米复合材料进行了比较。发现 DND 的添加在 MWCNTs-KH 填料系统（0.2 g，从 0.30 W/mK 到 0.34 W/mK）中起主导作用，但对 p-MWCNTs 填料系统（0.2 g，从 0.24 到 0。仅 26 W/mK）。此外，DNDs/MWCNTs-KH (2 g) 环氧基纳米复合材料的 TC 增加到 0.45 W/mK，增强了 114.2%。FTIR 记录的 5 cm-1 位移和 DNDs/MWCNTs-KH 的 XPS 显示的 CO 位移有力地证实了氢键的存在。结合SEM、TEM和分散定性实验的表征结果，DNDs/MWCNTs-KH（2g）环氧基纳米复合材料TC的显着改善归因于DNDs和MWCNTs-KH之间的氢键连接。其机理是附着改善了填料在环氧树脂中的分散，导致形成更有效的导热网络，从而提高了 TC。这项工作可能会通过氢键激发混合填料识别和自组装技术的未来研究。此外，DNDs/MWCNTs-KH (2 g) 环氧基纳米复合材料的 TC 增加到 0.45 W/mK，增强了 114.2%。FTIR 记录的 5 cm-1 位移和 DNDs/MWCNTs-KH 的 XPS 显示的 CO 位移有力地证实了氢键的存在。结合SEM、TEM和分散定性实验的表征结果，DNDs/MWCNTs-KH（2g）环氧基纳米复合材料TC的显着改善归因于DNDs和MWCNTs-KH之间的氢键连接。其机理是附着改善了填料在环氧树脂中的分散，导致形成更有效的导热网络，从而提高了 TC。这项工作可能会通过氢键激发混合填料识别和自组装技术的未来研究。此外，DNDs/MWCNTs-KH (2 g) 环氧基纳米复合材料的 TC 增加到 0.45 W/mK，增强了 114.2%。FTIR 记录的 5 cm-1 位移和 DNDs/MWCNTs-KH 的 XPS 显示的 CO 位移有力地证实了氢键的存在。结合SEM、TEM和分散定性实验的表征结果，DNDs/MWCNTs-KH（2g）环氧基纳米复合材料TC的显着改善归因于DNDs和MWCNTs-KH之间的氢键连接。其机理是附着改善了填料在环氧树脂中的分散，导致形成更有效的导热网络，从而提高了 TC。这项工作可能会通过氢键激发混合填料识别和自组装技术的未来研究。DNDs/MWCNTs-KH (2 g) 环氧基纳米复合材料的 TC 增加到 0.45 W/mK，增强了 114.2%。FTIR 记录的 5 cm-1 位移和 DNDs/MWCNTs-KH 的 XPS 显示的 CO 位移有力地证实了氢键的存在。结合SEM、TEM和分散定性实验的表征结果，DNDs/MWCNTs-KH（2g）环氧基纳米复合材料TC的显着改善归因于DNDs和MWCNTs-KH之间的氢键连接。其机理是附着改善了填料在环氧树脂中的分散，导致形成更有效的导热网络，从而提高了 TC。这项工作可能会通过氢键激发混合填料识别和自组装技术的未来研究。DNDs/MWCNTs-KH (2 g) 环氧基纳米复合材料的 TC 增加到 0.45 W/mK，增强了 114.2%。FTIR 记录的 5 cm-1 位移和 DNDs/MWCNTs-KH 的 XPS 显示的 CO 位移有力地证实了氢键的存在。结合SEM、TEM和分散定性实验的表征结果，DNDs/MWCNTs-KH（2g）环氧基纳米复合材料TC的显着改善归因于DNDs和MWCNTs-KH之间的氢键连接。其机理是附着改善了填料在环氧树脂中的分散，导致形成更有效的导热网络，从而提高了 TC。这项工作可能会通过氢键激发混合填料识别和自组装技术的未来研究。