六方氮化硼（h-BN）是一種廣泛應用于電子、化工、航空航天等領域的導熱材料，其形態(tài)包括片狀、塊狀、球狀等，每種形態(tài)在導熱、機械性能、潤滑性能等方面都有獨特的優(yōu)勢。為了提高h-BN的性能，通常需要對其進行表面改性。氮化硼的高導熱性能可以通過使用不同尺寸的填料和引入多種維度填料進行混合來實現(xiàn)。表面改性基團對復合材料導熱性能有顯著影響，如氨基表面改性有利于在高填充質量分數(shù)下獲得更好的導熱性能。南京大學姚亞剛教授課題組采用球形氧化鋁與片狀h-BN互連制備的高導熱復合材料具有良好的導熱性能和力學性能。要有效利用h-BN，需要對其進行功能化改性，如非共價鍵改性和共價鍵改性等方法，以提高其在有機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）是一種具有高導熱性和優(yōu)異電絕緣性能的材料，廣泛應用于電子、化工和航空航天等領域。其形態(tài)包括片狀、塊狀和球狀，每種形態(tài)在實際應用中表現(xiàn)出獨特的性能特點。 在導熱性能方面，片狀h-BN因其層狀結構在平行方向上具有極高的熱導率，適合水平方向高效散熱的場合，如電子設備散熱材料。而球形h-BN作為填料時能帶來更高的填充量，理論上填充率越高，整體導熱性能越好，尤其適合電池散熱等垂直方向散熱需求。 在機械性能方面，片狀h-BN在復合材料中形成復雜的網絡結構，增強機械強度；球形h-BN則提供更好的分散性和改善材料整體機械性能。 潤滑性能方面，片狀和球形h-BN都能作為潤滑添加劑使用，但片狀h-BN在某些特定應用中可能展現(xiàn)更出色的潤滑效果。 電絕緣性能方面，h-BN的形態(tài)對電絕緣性能的影響相對較小，更多取決于其純度和結構完整性，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)則形狀在加工過程中更容易實現(xiàn)高填充量，提高加工效率和材料性能。 實際應用中，選擇何種形態(tài)的h-BN粉體取決于具體的應用需求和條件。通常需要對其進行表面改性以提高應用性能，但h-BN的化學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驗，已成功研發(fā)出改性氮化硼粉體，滿足不同應用需求。為了實現(xiàn)氮化硼的高導熱性能，可以采取以下兩種主要策略： 1. 使用不同尺寸的填料：結合微米級和納米級的BN顆粒作為導熱填料，在復合材料內部建立有效的導熱網絡。微米級BN顆粒形成主要的熱傳導路徑，而納米級BN顆粒起到連接作用，增加導熱通路，從而提高復合材料的導熱性能。 2. 引入多種維度填料進行混合：將BN與其他維度的填料（如零維、一維和二維填料）進行復合，充分利用不同填料之間的協(xié)同作用來提升導熱填料在聚合物基體中的填充密度。這種策略有助于導熱路徑的形成，還能對復合材料的綜合性能產生積極影響。 具體來說，可以通過將BN與零維填料（如碳化硅、氧化鋁等）復合，提高填料的整體填充率，有利于導熱網絡的形成，并降低氮化硼填充聚合物復合材料的成本。一維填料（如碳納米管、納米線等）在與二維BN復合時能起到“橋梁”作用，將相鄰的BN連接起來，降低復合材料中的界面熱阻，有利于導熱網絡的構建。二維填料（如氧化石墨烯）與BN復合時，由于它們之間具有較強的界面相互作用和匹配的聲子譜，可以產生較低的界面熱阻和更好的導熱性能提升。 通過合理設計填料結構、選擇適當?shù)呐挪技夹g以及引入多種維度填料進行復合，可以實現(xiàn)氮化硼的高導熱性能，滿足電子設備熱管理的需求。氮化硼表面改性基團對復合材料導熱性能的影響 氮化硼（BN）因其高導熱性和優(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復合材料，以提高絕緣材料的熱導率，減少熱量積聚和絕緣材料的熱擊穿問題。然而，BN與PI之間的界面相容性差，導致BN在PI基體中難以均勻分散，影響導熱性能。因此，對BN顆粒進行表面改性是提高BN/PI復合材料導熱性能的關鍵。 通過原位聚合法，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基體的結合作用，改善界面相容性，從而獲得導熱性能良好的BN/PI復合材料。研究表明，氨基表面改性的BN顆粒（BN-NH2/PI）在高填充質量分數(shù)下具有更好的導熱性能，而羧基表面改性的BN顆粒（BN-COOH/PI）在填料質量分數(shù)為2%時可以獲得最高的熱擴散系數(shù)。這些結果表明，表面改性可以顯著改善BN/PI復合材料的導熱性能，從而提高其在變頻電機等高熱應力環(huán)境中的應用潛力。六方氮化硼功能化改性：電子器件領域的導熱粉體革命 六方氮化硼（h-BN）在電子器件領域顯示出顯著的優(yōu)勢，它不僅具有低密度和類石墨的層狀晶型結構，能夠提高導熱性，還能保持電絕緣性能。然而，h-BN表面缺乏活性基團，導致其在有機溶劑和聚合物基體中的分散性差，這限制了其對聚合物材料性能的提升效果。因此，功能化改性成為使用h-BN的關鍵。 功能化改性包括非共價鍵改性和共價鍵改性。非共價鍵改性通過有機分子或無機分子的范德華力、氫鍵或π-π鍵作用對h-BN表面進行修飾，使其在有機溶劑和聚合物中穩(wěn)定分散。共價鍵改性則通過羥基化、氨基化或摻雜異質原子等方法，將有機或無機化合物共價接枝到h-BN表面。這些改性方法不僅提高了h-BN的分散性，還賦予了其新的物理化學性質。 東超新材采用有機硅表面處理劑對h-BN進行表面改性，開發(fā)了低比重導熱硅膠墊片用填料，產品在滿足壓延加工性能的同時，能實現(xiàn)低填充高導熱，有效降低有機硅復合材料的比重增加幅度。通過不同的修飾方法對h-BN進行改性，為h-BN在不同領域的應用提供了更廣闊的前景。
以上內容來源于《氮化硼表面改性基團對氮化硼/聚酰亞胺復合材料導熱特性的影響》，發(fā)布在《絕緣材料》2023年第2期。?
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