氮化硼納米片增強(qiáng)聚乙烯熱界面材料

來(lái)源|Polymer

01背景介紹

隨著現(xiàn)代社會(huì)消費(fèi)者對(duì)便攜式電子設(shè)備的需求不斷增加，電子設(shè)備向著更小、更輕、多功能的方向發(fā)展。因此電子元件的高度集成度導(dǎo)致電子電路中單個(gè)元件產(chǎn)生的熱量越來(lái)越多，散熱問(wèn)題面臨一系列挑戰(zhàn)。在實(shí)際工作狀態(tài)下，如果廢熱不能及時(shí)排除，集中的高溫會(huì)對(duì)電子電路中的元器件造成重大損壞，是造成器件故障的主要原因，對(duì)電子產(chǎn)品的耐用性產(chǎn)生不利影響。

熱界面材料(TIMs)是有效轉(zhuǎn)移或去除電子器件廢熱以避免器件因工作在過(guò)熱條件下而發(fā)生故障的重要和不可或缺的材料。然而，為了填充散熱器與TIM接觸面之間的細(xì)小氣隙，需要在高壓下進(jìn)行壓縮過(guò)程，這可能會(huì)破壞電子電路的組件，無(wú)法完全填充大的氣隙。

熱熔膠(HMA)由于其能夠與大多數(shù)材料快速而牢固地結(jié)合，并且與其他TIMs相比易于操作，近年來(lái)作為解決上述問(wèn)題的材料而引起了人們的關(guān)注。此外，在融化過(guò)程中，HMA具有高流動(dòng)特性，可以充分填充散熱片接觸面存在的氣隙，提高傳熱效率，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，可以大大提高器件的性能和耐用性。

低密度聚乙烯(LDPE)因其優(yōu)異的絕緣性能、較高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的循環(huán)利用性能，是目前極具吸引力的HMA型TIMs聚合物基體之一。然而，盡管其具有優(yōu)良的機(jī)械和化學(xué)性能，以及方便的操作過(guò)程，但其低的通平面導(dǎo)熱系數(shù)和較差的形狀穩(wěn)定性阻礙了其作為TIM的實(shí)際應(yīng)用可能性。

因此，許多研究開(kāi)發(fā)了LDPE與六方氮化硼納米片(BNNS)相結(jié)合的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，以在熔體粘附過(guò)程中實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱和形狀穩(wěn)定。然而，較強(qiáng)的化學(xué)鍵和強(qiáng)的范德華力會(huì)導(dǎo)致BNNS與LDPE的相容性較低，從而導(dǎo)致BNNS與LDPE界面處的相分離和重新聚集。因此，由于這些問(wèn)題引起的熱阻增加，這可能會(huì)大大降低制備好的BNNS/LDPE復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。如何解決BNNS與LDPE界面熱阻的問(wèn)題是合成TIMs材料的關(guān)鍵問(wèn)題。

02成果掠影

韓國(guó)的Joong Hee Lee教授 和Ok-Kyung Park教授聯(lián)合在關(guān)于BNNS/LDPE聚合物復(fù)合材料的界面熱阻問(wèn)題方向取得新進(jìn)展。

該團(tuán)隊(duì)

報(bào)道

了一種有效的合成方法，通過(guò)與短PE鏈支化氮化硼納米片(BNNS)雜化制備低密度聚乙烯(LDPE)基多功能復(fù)合材料，用于高性能熱熔膠(HMA)型熱界面材料(TIM)。為了提高BNNS/LDPE的熱力學(xué)性能，通過(guò)硝基偶聯(lián)反應(yīng)，對(duì)BNNS表面進(jìn)行了短PE鏈(PE-g-BNNS)的改性，提高了BNNS與LDPE之間的界面結(jié)合力。結(jié)果表明，與BNNS/LDPE相比，PE-g-BNNS /LDPE的平面導(dǎo)熱系數(shù)提高了22%，垂直面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)提高了66%。與純LDPE相比，其熱輻射性能也提高了約11%。此外，與純LDPE相比，PE-g-BNNNS /LDPE的抗拉強(qiáng)度提高了66%，模量提高了350%，表明PE-g-BNNNS /LDPE可以作為TIM來(lái)滿足高科技電子器件的應(yīng)用要求。

研究成果以“Boron nitride nanosheet reinforced polyethylene nanocomposite film for high-performance hot-melt adhesive type thermal interfacial material”為題發(fā)表于《Polymer》。

03圖文導(dǎo)讀

圖1. 膜材料制備工藝示意圖。

圖2. 材料的結(jié)構(gòu)以及物理特性。

圖3. PE-g-BNNS的XPS能譜圖。

圖4.BNNS和PE–g–BNNS微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5. 復(fù)合材料的機(jī)械性能和導(dǎo)熱系數(shù)。

圖6. 復(fù)合材料的熱管理性能和截面結(jié)構(gòu)示意圖。

審核編輯：湯梓紅