氮化硼：先進(jìn)熱管理材料離不開的您

電子元器件的高集成特別需要散熱好的材料，非常耀眼的聚合物導(dǎo)熱添加劑，氮化硼被認(rèn)為是最理想的一種。然而，提高聚合物和氮化硼填充復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，遇到兩方面的障礙。一是填充劑和基體之間以及填充劑和填充劑之間界面間的阻礙；二是填充劑不能在基體內(nèi)良好分散，不僅不能有效改善導(dǎo)熱還降低了基體的力學(xué)性能。中科院深圳技術(shù)研究院和香港中文大學(xué)聯(lián)合署名，在Composites Communications 24 (2021) 100650發(fā)表文章，文章提出“構(gòu)筑三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高聚合物/氮化硼導(dǎo)熱性能”研究方案。

①導(dǎo)熱機(jī)理。

兩種導(dǎo)熱形式（聲子導(dǎo)熱和電子導(dǎo)熱）中，聚合物主要表現(xiàn)為聲子導(dǎo)熱。解釋聚合物/氮化硼填充復(fù)合材料導(dǎo)熱的兩種理論：一個(gè)是導(dǎo)熱路徑理論“The thermally conductive pathway theory”；二是逾滲理論“ The thermal percolation theory”。

②影響聚合物復(fù)合材料導(dǎo)熱的因素。

聚合物基體、填料以及它們之間的界面?；w方面有結(jié)晶度、分子鏈的取向、分子間作用力、聚合物加工參數(shù)、等等；填料本體導(dǎo)熱特性、添加量、粒度、分散性、取向；等等；界面之間的化學(xué)極性及分子間作用力。

③聚合物/氮化硼導(dǎo)熱復(fù)合材料加工。

作者提出構(gòu)筑三維網(wǎng)絡(luò)的加工方法對(duì)提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能非常有效。這幾種方法分別是：

A. 熱壓。 

熱壓制備的聚苯乙烯/聚丙烯/氮化硼三元復(fù)合材料熱導(dǎo)率在氮化硼含量為50 wt %時(shí)達(dá)到5.57 W/(m?K) 。

氮化硼經(jīng)偶聯(lián)劑改性，熱壓制備的聚合物/氮化硼/氮化鋁三元復(fù)合材料熱導(dǎo)率在氮化硼和氮化鋁含量為40 wt %時(shí)達(dá)到2.60 W/(m?K) 。

B. 真快輔助過濾。

采用真空輔助過濾制備的木質(zhì)素聚合物/氮化硼/天然橡膠三元復(fù)合材料熱導(dǎo)率在氮化硼含量為25 wt %時(shí)達(dá)到1.17 W/(m?K) 。

依照珍珠形態(tài)，采用真空輔助過濾制備的聚乙烯醇/氮化硼復(fù)合材料熱導(dǎo)率在氮化硼含量為6 wt %時(shí)達(dá)到6.90 W/(m?K) 。

C. 模板自組裝。

采用模板自組裝制備的木質(zhì)素聚合物/氮化硼復(fù)合材料熱導(dǎo)率在氮化硼納米片含量為9.29 wt %時(shí)達(dá)到2.85 W/(m?K) 。

采用模板自組裝制備的環(huán)氧樹脂聚合物/氮化硼復(fù)合材料熱導(dǎo)率在氮化硼納米片含量為34 wt %時(shí)達(dá)到4.42 W/(m?K) 。

采用模板自組裝制備的環(huán)氧樹脂/聚二氟乙烯/氮化硼復(fù)合材料熱導(dǎo)率在氮化硼納米片含量為21 wt %時(shí)達(dá)到1.47 W/(m?K) 。

采用3D打印獲得了熱導(dǎo)率最高的聚合物/氮化硼復(fù)合材料。制備的聚合物氮化硼復(fù)合材料熱導(dǎo)率在氮化硼納米片含量為60 wt %時(shí)達(dá)到9.0 W/(m?K) 。