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        東莞東超新材料科技有限公司

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        六方氮化硼:導(dǎo)熱粉體的新革命,電子器件領(lǐng)域的關(guān)鍵材料

        六方氮化硼:導(dǎo)熱粉體的新革命,電子器件領(lǐng)域的關(guān)鍵材料
        東超  2024-05-11  |  閱讀:1296

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             六方氮化硼(h-BN)是一種廣泛應(yīng)用于電子、化工、航空航天等領(lǐng)域的導(dǎo)熱材料,其形態(tài)包括片狀、塊狀、球狀等,每種形態(tài)在導(dǎo)熱、機(jī)械性能、潤(rùn)滑性能等方面都有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。為了提高h(yuǎn)-BN的性能,通常需要對(duì)其進(jìn)行表面改性。氮化硼的高導(dǎo)熱性能可以通過(guò)使用不同尺寸的填料和引入多種維度填料進(jìn)行混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。表面改性基團(tuán)對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能有顯著影響,如氨基表面改性有利于在高填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)下獲得更好的導(dǎo)熱性能。南京大學(xué)姚亞剛教授課題組采用球形氧化鋁與片狀h-BN互連制備的高導(dǎo)熱復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能。要有效利用h-BN,需要對(duì)其進(jìn)行功能化改性,如非共價(jià)鍵改性和共價(jià)鍵改性等方法,以提高其在有機(jī)溶劑和聚合物基體中的分散性和相容性。


        六方氮化硼粉體不同形貌間的性能差異

                六方氮化硼(h-BN)是一種具有高導(dǎo)熱性和優(yōu)異電絕緣性能的材料,廣泛應(yīng)用于電子、化工和航空航天等領(lǐng)域。其形態(tài)包括片狀、塊狀和球狀,每種形態(tài)在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出獨(dú)特的性能特點(diǎn)。

                在導(dǎo)熱性能方面,片狀h-BN因其層狀結(jié)構(gòu)在平行方向上具有極高的熱導(dǎo)率,適合水平方向高效散熱的場(chǎng)合,如電子設(shè)備散熱材料。而球形h-BN作為填料時(shí)能帶來(lái)更高的填充量,理論上填充率越高,整體導(dǎo)熱性能越好,尤其適合電池散熱等垂直方向散熱需求。

                在機(jī)械性能方面,片狀h-BN在復(fù)合材料中形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度;球形h-BN則提供更好的分散性和改善材料整體機(jī)械性能。

                潤(rùn)滑性能方面,片狀和球形h-BN都能作為潤(rùn)滑添加劑使用,但片狀h-BN在某些特定應(yīng)用中可能展現(xiàn)更出色的潤(rùn)滑效果。

                電絕緣性能方面,h-BN的形態(tài)對(duì)電絕緣性能的影響相對(duì)較小,更多取決于其純度和結(jié)構(gòu)完整性,但片狀h-BN在特定情況下可能表現(xiàn)出更佳的絕緣性能。

                加工性能方面,球形h-BN因其規(guī)則形狀在加工過(guò)程中更容易實(shí)現(xiàn)高填充量,提高加工效率和材料性能。

                實(shí)際應(yīng)用中,選擇何種形態(tài)的h-BN粉體取決于具體的應(yīng)用需求和條件。通常需要對(duì)其進(jìn)行表面改性以提高應(yīng)用性能,但h-BN的化學(xué)惰性和抗氧化性增加了表面改性的難度。東超新材擁有豐富的功能粉體表面處理經(jīng)驗(yàn),已成功研發(fā)出改性氮化硼粉體,滿足不同應(yīng)用需求。


        為了實(shí)現(xiàn)氮化硼的高導(dǎo)熱性能,可以采取以下兩種主要策略:

                1. 使用不同尺寸的填料:結(jié)合微米級(jí)和納米級(jí)的BN顆粒作為導(dǎo)熱填料,在復(fù)合材料內(nèi)部建立有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。微米級(jí)BN顆粒形成主要的熱傳導(dǎo)路徑,而納米級(jí)BN顆粒起到連接作用,增加導(dǎo)熱通路,從而提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

                2. 引入多種維度填料進(jìn)行混合:將BN與其他維度的填料(如零維、一維和二維填料)進(jìn)行復(fù)合,充分利用不同填料之間的協(xié)同作用來(lái)提升導(dǎo)熱填料在聚合物基體中的填充密度。這種策略有助于導(dǎo)熱路徑的形成,還能對(duì)復(fù)合材料的綜合性能產(chǎn)生積極影響。

                具體來(lái)說(shuō),可以通過(guò)將BN與零維填料(如碳化硅、氧化鋁等)復(fù)合,提高填料的整體填充率,有利于導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的形成,并降低氮化硼填充聚合物復(fù)合材料的成本。一維填料(如碳納米管、納米線等)在與二維BN復(fù)合時(shí)能起到“橋梁”作用,將相鄰的BN連接起來(lái),降低復(fù)合材料中的界面熱阻,有利于導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。二維填料(如氧化石墨烯)與BN復(fù)合時(shí),由于它們之間具有較強(qiáng)的界面相互作用和匹配的聲子譜,可以產(chǎn)生較低的界面熱阻和更好的導(dǎo)熱性能提升。

                通過(guò)合理設(shè)計(jì)填料結(jié)構(gòu)、選擇適當(dāng)?shù)呐挪技夹g(shù)以及引入多種維度填料進(jìn)行復(fù)合,可以實(shí)現(xiàn)氮化硼的高導(dǎo)熱性能,滿足電子設(shè)備熱管理的需求。


        氮化硼表面改性基團(tuán)對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響

                氮化硼(BN)因其高導(dǎo)熱性和優(yōu)異的電絕緣性能,常被用作聚酰亞胺(PI)基體的填料,制備BN/PI復(fù)合材料,以提高絕緣材料的熱導(dǎo)率,減少熱量積聚和絕緣材料的熱擊穿問(wèn)題。然而,BN與PI之間的界面相容性差,導(dǎo)致BN在PI基體中難以均勻分散,影響導(dǎo)熱性能。因此,對(duì)BN顆粒進(jìn)行表面改性是提高BN/PI復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵。

                通過(guò)原位聚合法,可以制備氨基、羧基和羥基表面改性的BN顆粒,這些改性方法能夠增加BN顆粒與PI基體的結(jié)合作用,改善界面相容性,從而獲得導(dǎo)熱性能良好的BN/PI復(fù)合材料。研究表明,氨基表面改性的BN顆粒(BN-NH2/PI)在高填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)下具有更好的導(dǎo)熱性能,而羧基表面改性的BN顆粒(BN-COOH/PI)在填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)可以獲得最高的熱擴(kuò)散系數(shù)。這些結(jié)果表明,表面改性可以顯著改善BN/PI復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能,從而提高其在變頻電機(jī)等高熱應(yīng)力環(huán)境中的應(yīng)用潛力。



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