通過(guò)靜電植絨輔助定向氮化硼片提高熱界面材料的導(dǎo)熱性

來(lái)源|Ceramics International

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背景介紹

隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品逐漸向小型化、集成化、大功率化的方向發(fā)展，高導(dǎo)熱的柔性熱界面材料受到了人們的廣泛關(guān)注。但是，由于熱源和散熱器之間的間隙被空氣占據(jù)，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)非常低，導(dǎo)致熱量不能及時(shí)散出。因此需要使用熱界面材料(TIM)填充微間隙，TIMs基于聚合物樹(shù)脂，通過(guò)引入導(dǎo)熱料優(yōu)化導(dǎo)熱系數(shù)。

六方氮化硼(h-BN)它具有層狀結(jié)構(gòu)，在平面方向上具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)(600 W/m K)，而在垂直方向上具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)(30 W/mK)。此外，它還具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。這種穩(wěn)定性使得BN很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。一些研究者為了增強(qiáng)了聚合物基體與填料之間的界面?zhèn)鳠?，改善了聚合物?fù)合材料的填料分散性，降低了界面聲子損失。然而，這些對(duì)BN的表面修飾需要大量的化學(xué)物質(zhì)，這促使研究人員通過(guò)改變BN的結(jié)構(gòu)的方法來(lái)提高導(dǎo)熱性。

近年來(lái)，靜電植絨技術(shù)被應(yīng)用于制備熱界面材料，在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的策略，通過(guò)靜電植絨方法使BN納米片在柔性環(huán)氧基中有序排列，搭建傳熱通道。與機(jī)械混合法制備的隨機(jī)分布的氮化硼填充復(fù)合材料相比，垂直取向的氮化硼填充復(fù)合材料可以增強(qiáng)材料的導(dǎo)熱性能。

02

成果掠影

近期，中山大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院陳振興教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)靜電植絨的方法改善氮化硼納米片的排列結(jié)構(gòu)從而優(yōu)化材料的導(dǎo)熱性能取得新進(jìn)展。

靜電植絨組裝策略在幾個(gè)連續(xù)的層中構(gòu)建了整齊排列的BN結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從而提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。研究了不同h-BN用量對(duì)BN/環(huán)氧復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。在最高BN負(fù)載為17.6 wt%時(shí)，BN/環(huán)氧膜復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)值達(dá)到0.65 W/m K，與隨機(jī)BN/聚合物(0.549 W/m K)和純環(huán)氧(0.214 W/m K)相比，分別提高了18.6%和204%。此外，BN/環(huán)氧膜具有良好的彈性體性能，斷裂伸長(zhǎng)率仍保持在323%。此外，BN/環(huán)氧復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)高于隨機(jī)BN/環(huán)氧，分別為7.67、1.0和1.59 MPa。本文提出了一種制備高性能復(fù)合材料的新方法，為熱界面材料的制備提供了一種新的策略。

研究成果以“Electrostatic flocking assisted aligned boron nitride platelets scaffold for enhancing the through-plane thermal conductivity of flexible thermal interface materials ”為題發(fā)表于《Ceramics International》。

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圖文導(dǎo)讀

圖1.

靜電植絨法制備BN/環(huán)氧復(fù)合材料工藝示意圖。

圖2.材料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3.(a-c)純h-BN的FESEM圖像，(d-f)機(jī)械混合法隨機(jī)BN/環(huán)氧樹(shù)脂的FESEM截面圖，(g-i)靜電植絨法BN/環(huán)氧樹(shù)脂的FESEM截面圖。

圖4.BN/環(huán)氧樹(shù)脂的機(jī)械性能。

圖5.(a)環(huán)氧樹(shù)脂、無(wú)規(guī)BN/環(huán)氧樹(shù)脂、BN/環(huán)氧復(fù)合材料的介電常數(shù)和(b)介電損耗。

圖6.

BN/環(huán)氧的導(dǎo)熱系數(shù)和熱管理性能

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END

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審核編輯黃宇