高导热复合材料的制备与性能研究

发布时间：2020-08-01 19:26

【摘要】：随着电子技术向着小型化、便携化和高集成化方向发展,电子器件在高功率状态下运行时会在其内部迅速产生和积累大量的热量,使得电子器件的稳定性和可靠性受到严重影响。高导热复合材料作为新一代电子封装材料,其优异的导热性能对于电子器件散热效率的提高具有重要意义。本文以氮化硼和石墨烯作为导热材料合成了三种综合性能优异的高导热复合材料:通过高温煅烧方法制备了具有新型核壳结构的SiO_2@BN杂化颗粒,然后填入环氧树脂中得到了SiO_2@BN/环氧树脂复合材料。结果表明,SiO_2纳米颗粒作为硬模板搭载薄层BN,有效解决了氮化硼的团聚问题并显著提高了复合材料的热机械性能。此外,薄层BN可以在环氧树脂基体中形成有效的导热网络,使得复合材料的导热性能显著增强;通过静电组装法和氧化还原法制备了h-BN/Ag NPs杂化颗粒,然后填入环氧树脂中得到了h-BN/Ag NPs/环氧树脂复合材料。结果表明,PEI包覆于h-BN表面增强了填料与基体之间的界面作用,使得h-BN均匀分散于环氧树脂中。此外,Ag NPs成为连接h-BN片层之间的桥梁,使得h-BN/Ag NPs杂化颗粒在环氧树脂中形成了更加完善的导热网络,从而使得复合材料的导热性能大幅提高;通过逐层自组装法和高压压片法制备了RGO-PDA复合薄膜。结果表明,DA在自聚合过程中不仅对GO起到很大程度的还原作用,而且可接枝于RGO片层之间,形成有效导热路径,从而显著提高了RGO-PDA复合薄膜的面内热导率、面外热导率以及电导率。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB332
【图文】：

趋势图,电子元器件,趋势,复合材料

材料和编织复合材料。按照基体和增强材料的材质进行分类可分为同质复合和异质复合材料[10-11]。为了满足现代工业对于材料性能的要求，各个领域对于材料的功能性都给相当的重视，功能复合材料也成为了现代技术的标志。因此，按照复合材料能进行分类是目前最为常见的分类方法，主要有机械功能复合材料、压电复料、导电复合材料、导热复合材料、磁性复合材料、摩擦功能复合材料、阻能复合材料、屏蔽复合材料、阻燃复合材料和智能复合材料等[12]。.2 高导热复合材料.2.1 高导热复合材料的定义如图 1.1 所示，随着现代工业和科学技术的快速发展，电子器件的设计和生着小型化、多功能化和高集成化发展，必然会导致发热量的增加，使得电子电路的工作温度不断升高，极大程度的影响了电子器件的稳定性和可靠性[13-1

氮化硼,类型,高导热

因此经常作为导热增强材料制备高导热复合材料。然而，CVD 或者固相反应法制备的片状 BN 材料通常层数较多，片层之间的声子散射强度较高，很大程度上限制了其导热性能。一般通过机械、超声和球磨等方法对其进行剥离得到片层较少、厚度较薄的 BN 纳米片（BNNSs），再与其它材料复合得到具有优异综合性能的高导热复合材料[36]。Lin 等[37]将通过球磨剥离法得到的超薄 BNNSs 填入环氧树脂基体中制备了具有优异导热性能的 BNNSs/环氧树脂复合材料，在 5 wt%的低填充量下，复合材料的导热性能就提高了2.2倍。Shen等[38]将聚多巴胺（PDA）修饰的 BNNSs 填入聚乙烯醇（PVA）基体中成功制备了 BNNSs/PVA 高导热复合薄膜，仅在 10 vol%的填充量下，复合薄膜的热导率就达到 5.4 Wm-1K-1。零维 BN 材料一般指球形氮化硼，不同于一维 BN 材料和二维 BN 材料，它是一类各向同性的特殊 BN 材料。相比于一维 BN 管和二维 BN 片而言，球形 BN 虽然不能非常容易的在基体中构建完整的导热网络，但是在如高导热底部填充胶等特殊应用领域中，球形 BN 是一种高导热、低粘度的理想填料[39-40]。

石墨,类型,复合材料

石墨烯及其复合材料墨烯是一种由碳原子组成具有二维蜂窝状结构的碳纳米材料，其中p2杂化轨道组成呈蜂窝状的六元环并且由剩余的 p 轨道构成大 π 键[4完美的二维蜂窝状晶格结构的存在，使得电子可以在其中自由移动，具有 5000 Wm-1K-1的超高热导率和 6000 S cm-1的超高电导率[42-43]的强度和模量分别为1000 GPa和130 GPa，但是它的理论厚度仅为0世界上已知材料中厚度最薄但是强度最大的二维纳米材料[44-45]。正完美的二维晶体结构以及无法比拟的非凡性能，从而使得石墨烯在源等领域受到广泛的研究和应用，更是被誉为 21 世纪最令人惊奇的众多应用领域中，石墨烯在复合材料领域的应用是最具前景和最具化的方向，因此，近年来石墨烯复合材料受到了广泛关注和研究。表面较强的化学惰性很大程度的限制了其在复合材料领域的应用。

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