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?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、納米線等）具有管狀或線狀結(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，從而滿足電子設(shè)備熱管理的需求。

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