通过静电植绒辅助定向氮化硼片提高热界面材料的导热性

来源 | Ceramics International

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背景介绍

随着现代电子产品逐渐向小型化、集成化、大功率化的方向发展，高导热的柔性热界面材料受到了人们的广泛关注。但是，由于热源和散热器之间的间隙被空气占据，而空气的导热系数非常低，导致热量不能及时散出。因此需要使用热界面材料(TIM)填充微间隙，TIMs基于聚合物树脂，通过引入导热料优化导热系数。

六方氮化硼(h-BN)它具有层状结构，在平面方向上具有较高的导热系数(600 W/m K)，而在垂直方向上具有较低的导热系数(30 W/mK)。此外，它还具有优异的热稳定性和化学稳定性。这种稳定性使得BN很难与其他物质发生反应。一些研究者为了增强了聚合物基体与填料之间的界面传热，改善了聚合物复合材料的填料分散性，降低了界面声子损失。然而，这些对BN的表面修饰需要大量的化学物质，这促使研究人员通过改变BN的结构的方法来提高导热性。

近年来，静电植绒技术被应用于制备热界面材料，在此基础上，提出了一种新的策略，通过静电植绒方法使BN纳米片在柔性环氧基中有序排列，搭建传热通道。与机械混合法制备的随机分布的氮化硼填充复合材料相比，垂直取向的氮化硼填充复合材料可以增强材料的导热性能。

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成果掠影

近期，中山大学化学工程与技术学院陈振兴教授团队通过静电植绒的方法改善氮化硼纳米片的排列结构从而优化材料的导热性能取得新进展。静电植绒组装策略在几个连续的层中构建了整齐排列的BN结构网络，从而提高了复合材料的导热系数。研究了不同h-BN用量对BN/环氧复合材料导热性能的影响。在最高BN负载为17.6 wt%时，BN/环氧膜复合材料的导热系数值达到0.65 W/m K，与随机BN/聚合物(0.549 W/m K)和纯环氧(0.214 W/m K)相比，分别提高了18.6%和204%。此外，BN/环氧膜具有良好的弹性体性能，断裂伸长率仍保持在323%。此外，BN/环氧复合材料的抗拉强度远高于随机BN/环氧，分别为7.67、1.0和1.59 MPa。本文提出了一种制备高性能复合材料的新方法，为热界面材料的制备提供了一种新的策略。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 ”为题发表于《Ceramics International》。

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图文导读

图1.静电植绒法制备BN/环氧复合材料工艺示意图。

图2.材料结构示意图。

图3.(a-c)纯h-BN的FESEM图像，(d-f)机械混合法随机BN/环氧树脂的FESEM截面图，(g-i)静电植绒法BN/环氧树脂的FESEM截面图。

图4.BN/环氧树脂的机械性能。

图5.(a)环氧树脂、无规BN/环氧树脂、BN/环氧复合材料的介电常数和(b)介电损耗。

图6. BN/环氧的导热系数和热管理性能。

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