六方氮化硼導(dǎo)熱填料

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隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，如今更小、更熱、更快的電子設(shè)備比以往任何時(shí)候都需要更大的冷卻功率。否則，高溫會(huì)對(duì)電子元件的穩(wěn)定性、可靠性和壽命產(chǎn)生不利影響。因此，制造商經(jīng)常在電子產(chǎn)品的散熱源和散熱器之間添加聚合物作為主體，以導(dǎo)熱粉作為填充聚合物復(fù)合材料，以幫助形成良好的導(dǎo)熱通道。然而，為了防止短路問題，這些導(dǎo)熱填料必須電絕緣。
要知道導(dǎo)熱填料顧名思義就是在基體材料中添加以增加材料填料的導(dǎo)熱系數(shù)，常用導(dǎo)熱填料氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等。當(dāng)導(dǎo)熱填料的添加量較低時(shí)，填料隨機(jī)分散在聚合物基體中。填料之間很少接觸和重疊，難以形成有效的導(dǎo)熱通道和網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下，填料之間的“橋梁”無法相互連通，熱流根本無法通過，只能通過基體。此時(shí)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與基體的固有熱導(dǎo)率相差不大。隨著導(dǎo)熱填料的進(jìn)一步加入，填料開始相互接觸，在高分子復(fù)合材料中形成更多的導(dǎo)熱鏈或網(wǎng)絡(luò)（高分子基體和填料為連續(xù)相），復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)將增加。在這種情況下得到顯著改善。
氮化硼被廣泛用作具有電絕緣性的導(dǎo)熱材料。氮化硼是由氮原子和硼原子組成的晶體（BN），其化學(xué)成分為43.6%的硼和56.4%的氮。BN具有類石墨晶體結(jié)構(gòu)，最常用的是六方BN（H-BN）和立方BN（C-BN），其中六方氮化硼具有高電絕緣性，此外還有強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。
此外氮化硼的熱膨脹系數(shù)（CTE）低至41×10-6℃-1。此外，板BN硬度低，質(zhì)量較軟。因此，BN粒子在熱壓過程中會(huì)發(fā)生變形，容易相互接觸，形成相互重疊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造更多的聲子傳播路徑，從而提高聚合物的導(dǎo)熱性。研究發(fā)現(xiàn)，填充片狀BN顆粒的聚合物導(dǎo)熱系數(shù)大于13.00W/（m·K），而聚合物/剛性導(dǎo)熱陶瓷顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)一般小于3.50W/（m·K）或基體樹脂的20倍。
目前，制備的高導(dǎo)熱BN/聚合物復(fù)合材料根據(jù)填料的分布狀態(tài)主要分為兩種：填料的隨機(jī)分布和填料的三維（3D）分布。
(1)三維（3D）包裝排列和分布
近年來，研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)主要集中在具有3D骨架結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱復(fù)合材料上。減少填料與聚合物基體之間的界面數(shù)量，降低界面熱阻，是提高導(dǎo)熱性的關(guān)鍵，有序的3d結(jié)構(gòu)不僅可以減少界面數(shù)量，還可以作為導(dǎo)熱通路，使大部分能量沿著導(dǎo)熱骨架傳遞，導(dǎo)熱填料含量低的復(fù)合材料也可以獲得更高的導(dǎo)熱系數(shù)。
(2)填料的隨機(jī)分布
通過共混和表面改性提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。混合是一種簡(jiǎn)單的物理方法，將幾種材料均勻混合成一個(gè)形狀，從而改善或改變材料的性能。材料表面改性可以實(shí)現(xiàn)材料的新性能和新應(yīng)用，相比石墨烯，h-BN缺乏有效的化學(xué)活性位點(diǎn)，使得h-BN表面改性更加困難，目前研究最具代表性的是兩種共價(jià)改性和非共價(jià)改性共價(jià)修飾，例如引入官能團(tuán)的某些特征。
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