六方氮化硼改性作為高導(dǎo)熱填料的優(yōu)勢研究進展

常用的導(dǎo)熱填料主要有金屬、碳系以及陶瓷填料，相比于金屬、碳系填料，陶瓷粒子主要通過晶格振動實現(xiàn)熱量的快速傳遞，而且因其內(nèi)部沒有自由運動的電子從而具有優(yōu)異的電絕緣性能，是制備高導(dǎo)熱絕緣聚合物材料的首選填料。尤其是六方氮化硼（h-BN），是陶瓷材料中導(dǎo)熱性能最好的填料之一。h-BN 的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都與石墨相近，具有優(yōu)異的固有導(dǎo)熱以及熱、化學(xué)穩(wěn)定性能。

絕緣導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料是指在電絕緣情況下可以傳遞熱量的物質(zhì)，其在熱交換工程、航空航天、電子電氣工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。部分聚合物的熱導(dǎo)率，聚合物材料的導(dǎo)熱性能普遍不好，即使導(dǎo)熱性最好的高密度聚乙烯其熱導(dǎo)率也只有 0.44 W/(m·K)。

片狀六方氮化硼導(dǎo)熱填料

提高聚合物材料導(dǎo)熱性能目前主要有三種途徑：一是合成具有高熱導(dǎo)率的聚合物或分子鏈中引入導(dǎo)熱性能良好的官能團；二是探索先進的高聚物加工工藝及其設(shè)備，通過改變高聚物的鏈排列結(jié)構(gòu)使聚合物具有完整結(jié)晶性，通過聲子導(dǎo)熱機制導(dǎo)熱；三是加入高導(dǎo)熱填充物。第一和第二種方法因工藝復(fù)雜、對設(shè)備要求高等因素影響目前難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。第三種方法即高導(dǎo)熱填充物方法因簡便快捷、易于控制而應(yīng)用最為廣泛。

六方氮化硼作為導(dǎo)熱填料，應(yīng)該具備以下基本要求：高導(dǎo)熱系數(shù)、不與聚合物基體發(fā)生反應(yīng)、化學(xué)和熱穩(wěn)定性良好等，氮化硼因具有較低的介電常數(shù)、較高的體積電阻率和熱導(dǎo)率，成為目前制備高絕緣導(dǎo)熱聚合物的理想填料，BN/聚合物復(fù)合材料也成為當(dāng)前絕緣導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料的研究熱點。

導(dǎo)熱填料/聚合物復(fù)合材料的性質(zhì)與填料的形貌等因素有關(guān)，如填料的大小、形狀和在聚合物基體中的分散狀態(tài)等都會影響聚合物的導(dǎo)熱性能。搭配使用不同形態(tài)的氮化硼作為填料，可使聚合物復(fù)合材料顯示出優(yōu)異的導(dǎo)熱性能。

但是 h-BN 的疏水特性使其在聚合物基體中的分散性較差，很容易發(fā)生填料團聚的現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的聲子散射，影響熱量的有序傳輸。如何提升 h-BN 在聚合物基體中的分散性是解決這一問題的有效方法。

六方氮化硼h-BN表面改性方式

當(dāng)聚合物基體中引入 h-BN 填料時，由于復(fù)合體系內(nèi)接觸界面增多且填料間易發(fā)生團聚，造成了復(fù)合體系內(nèi)部界面熱阻較大，不利于導(dǎo)熱性能的有效提升。為了解決這一問題，改善填料在聚合物基體中的分散性尤為關(guān)鍵。

層內(nèi)共價相連的方式使得 h-BN表面的活性自由基較少，很難與聚合物基體結(jié)合，極易發(fā)生團聚現(xiàn)象，影響導(dǎo)熱性能的提升。通過對 h-BN 進行表面改性，提升其與聚合物基體之間的界面相互作用，不僅解決了填料與基體之間分散性較差的問題，同時還能降低填料與基體之間的界面熱阻。