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探討六方氮化硼粉末實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性能的方法

文章出處:行業(yè)動(dòng)態(tài) 責(zé)任編輯:東莞東超新材料科技有限公司 發(fā)表時(shí)間:2024-03-09
        制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料的核心在于如何在聚合物基體中構(gòu)建理想的取向結(jié)構(gòu)。為此,通常選擇具有非球形結(jié)構(gòu)特征的填料微粒,如片狀、管狀或棒狀等,并通過(guò)施加外力場(chǎng),如電場(chǎng)、磁場(chǎng)或機(jī)械剪切作用,使其定向有序排列,從而實(shí)現(xiàn)熱量沿取向方向的快速傳導(dǎo)。作為典型的二維片狀材料,氮化硼粉末?(六方氮化硼,h-BN)在制備高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料方面?zhèn)涫荜P(guān)注。

      六方氮化硼粉末的二維片層結(jié)構(gòu)賦予其各向異性特點(diǎn),導(dǎo)致面內(nèi)和面間的導(dǎo)熱系數(shù)存在顯著差異。因此,通過(guò)特定方法使氮化硼在某一方向取向,能夠提供更有效的傳熱通道,進(jìn)而提升材料的導(dǎo)熱系數(shù)。目前,已有多種排布技術(shù),如自組裝、模板成型、注射模塑、刮刀成形、靜電紡絲、真空輔助組裝以及外場(chǎng)(電場(chǎng)或磁場(chǎng))誘導(dǎo)取向等,成功制備出具有六方氮化硼粉末?取向結(jié)構(gòu)的聚合物復(fù)合材料,這些材料在取向方向上的導(dǎo)熱性能得到顯著提升。

?片狀六方氮化硼粉末

      ?例如,日本迪睿合株式會(huì)社已商業(yè)化生產(chǎn)了一種兼具高導(dǎo)熱性和柔軟性的硅膠型導(dǎo)熱片“ZX11N”。該產(chǎn)品采用了一種獨(dú)特的取向技術(shù),通過(guò)取向?qū)⒕哂胁煌瑢?dǎo)熱系數(shù)的氮化硼填料對(duì)齊排列,實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱片的高導(dǎo)熱性,導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)11W/(m·K)。同時(shí),該產(chǎn)品還兼具硅樹(shù)脂基材和氮化硼填料的絕緣性能。
此外,為了進(jìn)一步提高導(dǎo)熱性能,研究人員嘗試在二維BN體系中引入不同維度的填料。通過(guò)與BN之間的點(diǎn)?面“包覆”,線(xiàn)?面“橋接”以及面?面“相連”的方式混合,這些填料有助于在材料內(nèi)部構(gòu)建更為有效的導(dǎo)熱通路,使熱量能夠迅速沿填料之間傳遞,從而顯著提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。
為了實(shí)現(xiàn)氮化硼的高導(dǎo)熱性能,我們可以采取以下策略:

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

?六方氮化硼粉末

      ?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,可以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。這種策略不僅有助于導(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。
      ?a. 通過(guò)將BN與零維填料(如碳化硅、氧化鋁等)復(fù)合,可以提高填料的整體填充率,有利于導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的??形成。此外,這種復(fù)合還可以降低氮化硼填充聚合物復(fù)合材料的成本。
      ?b. 一維填料(如碳納米管、納米線(xiàn)等)具有管狀或線(xiàn)狀結(jié)構(gòu),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)。這種協(xié)同作用不僅可以降低復(fù)合材料中的界面熱阻,還有利于導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。
      ?c. 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,因此可以產(chǎn)生較低的界面熱阻和更好的導(dǎo)熱性能提升。
綜上所述,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,我們可以實(shí)現(xiàn)六方氮化硼的高導(dǎo)熱性能,從而滿(mǎn)足電子設(shè)備熱管理的需求。

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