氮化硼纳米片的制备及其增强环氧树脂复合材料导热性能的研究进展

随着对新型高导热、高绝缘热界面材料需求的显著增加,具有多种优异性能的环氧树脂(EP)已被广泛用作导热复合材料的基体,然而其固有的低热导率限制了其实际应用.通过向EP中引入具有高导热系数及高绝缘性的氮化硼纳米片(BNNS)可有效弥补EP的缺陷,从而显著提高复合材料的综合性能.基于国内外研究,介绍了BNNS的不同制备方法,...     

氮化硼/石墨烯共混对环氧树脂复合材料导热性和形状记忆效应的影响

采用不同摩尔比的熔融氢氧化钠和氢氧化钾剥离六方氮化硼。分别利用原子力显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察剥离效果发现,氢氧化钠和氢氧化钾摩尔比为2∶1时,氮化硼被剥离成4个原子层的氮化硼纳米片,剥离效果较好。为了提高环氧树脂的导热性,研究了不同质量比的氮化硼纳米片(BNNS)和石墨烯(Gr)混合物对其导热性能的影响。实验结果表明,BNNS和Gr混合物对环氧树脂导热性的影响优于单一的BNNS和Gr。当m(BNNS)∶m(Gr)=1∶4时,环氧树脂的导热系数最高,从纯环氧树脂的0.22 W/(m·K)增加到0.42 W/(m·K)。同时,该混合物还改善了环氧树脂的形状记忆效果,当m(BNNS)∶m(Gr)=1∶4时,复合材料的形状回复率可达到100%;70℃时,纯环氧树脂的形状回复时间为30 s,复合材料的形状回复时间缩短为4 s。     

利用蔗糖改性氮化硼提高环氧树脂复合材料的导热性能

环氧树脂具有质量较轻、防腐性能和绝缘性能优良等一系列优势,因而被广泛应用于电气装备、高电压绝缘系统和航空航天等诸多领域。但环氧树脂的本征热导率较低,约为0.11～0.19 W/(m·K),如此低的热导率不利于系统及时有效地散热。氮化硼纳米片(BNNS)由于其优良的导热性能和绝缘性能,在高电压绝缘系统中具有广阔的应用前景。然而,BNNS制备流程复杂以及在液体中分散性差是目前限制其广泛应用的主要原因。采用一种简单而有效的蔗糖辅助机械化学剥离(SAMCE)方法来同时实现BNNS的剥离和改性,将蔗糖剥离改性得到的六方氮化硼(h-BN)加入环氧树脂中,添加改性h-BN的质量分数为15%时,复合材料的热导率可以达到0.51 W/(m·K),此时复合材料的热导率是纯环氧树脂材料的3.2倍,导热性能明显提升。为解释改性h-BN提升环氧树脂复合材料导热性能的机理,根据有效介质近似(EMA)理论模型反推计算得到改性前后h-BN/环氧树脂复合材料中填料颗粒与基质之间的界面热阻值,计算得到h-BN/环氧树脂复合材料的界面热阻为2.44×10^-6m²·K/W,改性h-...     

兼具阻燃和导热性能的环氧树脂复合材料：石墨烯纳米片杂化三聚氰胺磷酸盐的作用

研发制备低成本、少缺陷及高效率的石墨烯纳米片杂化阻燃剂对实现复合材料多功能性具有重要意义。以三聚氰胺为助剥离剂将微粉石墨(GRA)经机械球磨后与磷酸液相反应得到一种阻燃导热的石墨烯纳米片杂化三聚氰胺磷酸盐(GMP),在表征GMP形貌、结构、组成和热稳定性的基础上,研究了添加GMP环氧树脂(EP)复合材料的阻燃、热分解和导热性能。GMP的热失重分析结果表明：与三聚氰胺磷酸盐(MP)相比,初始分解温度提升了29.3℃,与环氧树脂的热分解温度更匹配,有助于提高阻燃效率。氧指数仪、锥形量热仪和导热性能研究表明,GMP添加30wt%时,EP复合材料的极限氧指数达到了30.4%,UL 94垂直燃烧达到V-0级,峰值热释放速率(PHRR)和峰值烟释放速率(PSPR)分别下降69%和74.0%;导热系数提升至2.10 W·m^-1·K^-1,相对于EP提升了708%。这是由于GMP中石墨烯纳米片(GNPs)与MP的相互作用促进了EP形成了致密的膨胀炭层,有效提高了EP复合材料的阻燃性;随着GMP添加量的增加,GNPs和石墨微片传热通道的形成改善了EP复合材料的导...     

BN表面沉积纳米Sn对BN/环氧树脂复合材料导热绝缘性能的影响

采用液相还原法,制备了BN表面沉积纳米Sn粒子(BN-Sn NPs)杂化材料,用于环氧树脂(EP)的导热绝缘填料。BN-Sn NPs表面纳米Sn的粒径和熔点分别为10~30 nm 和166.5~195.3℃。BN表面沉积纳米Sn后,粉体Zeta电位及压片的导热系数增加,EP滴在压片表面的接触角降低。在BN-Sn NPs/EP复合材料固化过程中,BN-Sn NPs表面纳米Sn熔融烧结,有利于填料相互桥联在一起,降低接触热阻,并改善界面性能,从而提高BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数。当填料体积含量为30vol%时,BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数达1.61 W(m·K)?1,比未改性BN/EP复合材料的导热系数(1.08 W(m·K)?1)提高了近50%。Monte Carlo法模拟表明,BN和BN-Sn NPs在EP基体中的接触热阻(R_c)分别为6.1×106 K·W?1和3.7×106 K·W?1。与未改性BN/EP复合材料相比,BN-Sn NPs/EP复合材料的介质损耗增加,介电强度及体积电阻率降低,但仍具有良好电绝缘性能。      

熔盐法合成高导热磷化硼及其热管理性能研究

随着电力电子器件封装密度提高, 开发导热性能优异的热界面材料受到了广泛关注。绝大多数传统导热填料的热导率较低, 因此合成新型高导热填料是提高热界面材料导热性能的重要途径。本研究通过简单的熔盐法合成了高导热的磷化硼(BP)颗粒, 与氮化硼(h-BN)混合并通过搅拌和浇注的方法填充到环氧树脂(EP)基体中制备得到树脂基复合材料(BP-BN/EP)。实验结果表明：采用三盐法(NaCl : KCl : LiCl)合成的BP产率最高达到74%, 相对于单盐法(41%)和双盐法(39%)分别提高了33%和35%。对于BP-BN/EP复合材料, 复合材料的微结构显示BP和BN颗粒均匀分布在环氧树脂基体。当混合填料体积分数为30%时, 该复合材料的热导率达到1.81 W•m^-1•K^-1, 是纯树脂热导率(0.21 W•m^-1•K^-1)的8.6倍, 这与BP颗粒作为桥梁连接相邻BN颗粒形成导热网络有关。除此以外, 相较于不含BP的复合材料(SBN-BN/EP), BP-BN/EP复合材料展现出更加优异的热导率、热稳定性和较好的热力学性能。因此, 熔盐法合成的BP在热管理领域具有较大的应用前景。     

超细氮化硼/环氧树脂复合材料的制备和性能影响

将超细高导热的氮化硼(简称BN)与环氧树脂(简称EP)进行复合制备了EP/超细BN复合材料.研究了超细BN的含量对EP/BN复合材料的导热性能及微观结构的影响.结果表明,当BN质量分数为90%时,EP/BN复合材料的热导率达到1.2447W/(m·K),约为纯EP的7倍.     

不同填料复配对尼龙6/石墨烯复合材料导热性能的影响

高分子材料的绝热特性极大地限制了其作为导热材料在工业中的应用。选用多层石墨烯作为导热填料,并分别与导热填料氧化铝(Al_2O_3)和碳化硅(SiC)复配,探究导热填料的复配对尼龙6(PA6)复合材料导热性能的影响。加入质量分数为3%石墨烯时,PA6复合材料的热导率为0.548W·m^-1·K^-1,相比PA6基体提高161%。通过调节石墨烯与Al_2O_3和SiC复配的比例以及复合填料量,PA6复合材料的热导率可控在0.653~4.307W·m^-1·K^-1之间,最高是PA6基体的20倍。为拓展石墨烯在导热材料方面的应用及PA6导热材料在工业上应用提供了有价值的实验依据。     

聚酰亚胺辅助制备高定向石墨烯基全炭泡沫及其在导热聚合物复合材料中的应用（英文）

石墨烯及其衍生物具有高纵横比的二维层状结构,在加工过程中通常倾向于水平排列。因此,石墨烯基复合热界面材料虽然具有较高的面内热导率,但其表现出的低面外热导率难以满足实际应用需求。本文通过定向冷冻策略制备了竖直排列的聚酰亚胺/石墨纳米片(PG)导热骨架以提高聚合物复合材料的面外热导率,其中石墨纳米片(GNs)为高导热石墨烯薄膜的粉体边角料。在该过程中,采用水溶性聚酰胺盐溶液直接分散疏水的GNs,热亚胺化后获得的聚酰亚胺在辅助GNs定向排列的同时经石墨化处理转变为人造石墨。同时,GNs的引入提高了PG骨架的有序度和密度,进一步提高了聚二甲基硅氧烷(PDMS)基复合材料的强度和导热性能。结果表明,所制备的PDMS/PG复合材料(PG:21.1%)的面外热导率达14.56 W·m^-1·K^-1,是纯PDMS的81倍。这种简便的聚酰亚胺辅助二维疏水填料定向排列的方法为各向异性热界面材料的规模制备提供了思路,同时实现了石墨烯薄膜边角料的再利用。     

酰胺化氮化硼−氧化石墨烯导热绝缘油墨的研制

目的 研制兼具导热和绝缘特性的油墨,以拓展油墨在电子器件领域的应用。方法 以氮化硼(BN)晶体和尿素为原料,采用球磨法合成了氨基化氮化硼(BN-NH₂)纳米片,并在羧基活化剂的参与下,利用氧化石墨烯(GO)上的羧基与BN-NH₂上的氨基共价反应,制备酰胺化氮化硼-氧化石墨烯纳米复合填料(BN-GO),辅以高分子树脂、单体、颜料及各类助剂,研制导热绝缘油墨。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等手段对BN-NH₂纳米片的形貌结构、晶型晶面和BN-GO的价键结构进行表征,最后对油墨的印刷适性、导热性能和绝缘性能进行测试。结果 实验成功制备了氨基化氮化硼(BN-NH₂)纳米片和酰胺化氮化硼-氧化石墨烯纳米复合填料(BN-GO),当BN-GO的质量分数为3.0%时,所制备的导热绝缘油墨的印刷适性良好,印刷打样后的导热系数可提升至1.45 W/(m·K),体积电阻率高达9.86×10¹¹Ω·cm,相较于空白油墨试样,分别提升了4.8倍...     

超支化聚合物修饰氮化硼微球/环氧树脂导热复合材料的制备及性能EI北大核心CSCD

选择粒径30μm和120μm的氮化硼微球(GBN)作为导热填料,通过超支化环氧树脂(HPEP)与GBN之间的π-π相互作用得到了超支化聚合物修饰的氮化硼微球(HPEP-GBN),通过共混制备了具有不同复配比例的环氧树脂复合材料(HPEP-GBN/EP)。调整小粒径填料的质量分数(Xs)研究了不同氮化硼微球的复配比例对复合材料流变行为和导热性能的影响,进一步分析了填料的形状和超支化聚合物的表面修饰对复合材料性能的影响。结果表明,当Xs=0.4时,HPEP-GBN/EP复合材料的黏度最低,具有比GBN/EP复合材料更优异的加工性能和导热性能。体系的填料质量分数可以达到80%,此时导热系数达到了5.28W/(m·K),是纯环氧树脂的31.06倍。此外,HPEP-GBN/EP复合材料还具有比GBN/EP更优异的力学性能和热稳定性、更低的介电损耗和热膨胀系数。     

氮化硼和氧化锌晶须共掺杂环氧树脂复合材料的导热与绝缘性能

双酚A环氧树脂（EP）因其具有优异电绝缘性能而被广泛应用于电子器件中,但EP的热导率较低,通过填充高导热无机填料而构建导热通路是当前提高聚合物复合材料热导率的有效策略。本文综合利用溶液共混与热压工艺制备得到了六方氮化硼（h-BN）-四针状氧化锌晶须（T-ZnOw）/EP复合材料,并对复合材料的微观形貌与物相结构、导热性能及绝缘性能进行了系统表征与分析。结果表明,复合填充h-BN-T-ZnOw/EP复合材料兼具良好的导热性和绝缘性,当h-BN-T-ZnOw的填充含量为30wt%/5wt%时,25℃下热导率为0.55 W/（m·K）,相比于纯EP提升了2.9倍,同时复合材料体积电阻率大于10¹⁵Ω·m,表现出良好的绝缘性。     

细菌纤维素/氧化铝/二氧化硅改性石墨烯复合导热膜的结构与性能

采用真空辅助抽滤方法制备了细菌纤维素(BC)/球形氧化铝粒子/改性石墨烯纳米片(SiO_2@GNPs)薄膜热界面材料,研究了球形氧化铝粒子粒径对热界面材料形态结构和导热性能的影响。结果表明,球形粒子与二维片状导热粒子复配时,可有效构筑面外方向导热通路。调节氧化铝粒子和改性石墨烯纳米片的直径比可有效调整改性石墨烯纳米片在复合薄膜中在面外方向的取向程度,从而提高复合材料的面外导热系数。随着球形氧化铝的直径从2μm增加到60μm,导热薄膜的面外导热系数从0.5 W/(m·K)提高到4.2 W/(m·K),导热系数提高了7.4倍。     

无压浸渗制备SiC/Al电子封装材料的结构与性能

将粒度为F280的SiC颗粒振实后直接无压浸渗液态AlSi12Mg8铝合金,制备出高SiC含量的铝基复合材料,并对其结构和性能进行了研究。结果表明:采用该方法制备的SiC/A1复合材料内部组织结构均匀致密,无明显气孔等缺陷,界面产物主要为Mg₂Si,MgO,MgAl₂O₄;平均密度为2.93 g·cm^-3,抗弯强度在320 MPa以上,热膨胀系数为6.14×10^-6～9.24×10^-6 K^-1,导热系数为173 W·m^-1·K^-1,均满足电子封装材料要求。     

环氧树脂/氮化硼/石墨烯纳米片导热复合材料的制备与性能研究

采用十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)改性的氮化硼(BN)微粒和石墨烯纳米片(GNP)为导热填料,制备了系列环氧树脂(EP)/改性BN(BNOTAB)/GNP导热绝缘复合材料,研究了填料的种类和含量对复合材料导热性能、电绝缘性能及热稳定性能的影响。结果表明,经OTAB改性后的BN微粒能比较均匀分散于环氧树脂体系中;当m(BNOTAB)/m(GNP)=6∶4时(填料总含量为10%),复合材料的热导率达到0.48 W/(m·K),较纯环氧树脂材料提高了108.7%,而该复合材料仍保持优异的绝缘性能;TGA与DSC结果显示,BNOTAB/GNP填充微粒的加入可以提高环氧树脂复合材料的热稳定性。     

六方氮化硼-立方氮化硼/环氧树脂复合材料的制备与热物性能

环氧树脂(EP)高分子复合材料具有较低的热导率,其绝缘器件因散热及耐热性较差长期使用会出现故障和失效等隐患。通过向EP中添加微米氮化硼(BN)来制备具有高耐热性、高热导率的复合绝缘材料,并研究了复合材料的导热性能和耐热性能。结果表明：在六方氮化硼(hBN)质量分数为30wt%时,复合材料的热导率为0.444 W/(m·K),是纯EP的2.3倍。使用KH560改性hBN制备的复合材料,在填料质量分数为30wt%时,复合材料的热导率为0.456 W/(m·K),比未改性略有提高。而对于hBN-cBN/EP热压复合材料,在填料质量分数为30wt%时,其面内热导率为1.32 W/(m·K),远大于法向热导率。通过混掺制备了两种粒径(1、5～10μm)的hBN/EP复合材料,结果表明：填料混掺能明显提高材料的耐热性,通过向hBN/EP复合材料中添加1μm和10μm两种不同粒径的立方氮化硼(cBN)制备复合材料及其热压复合材料,结果表明：加入cBN和热压都能提高复合材料的耐热性能。     

贻贝仿生修饰氮化硼/石墨烯微片环氧导热绝缘材料的制备及性能研究

随着电子技术快速的发展,聚合物材料自身较低的热导率已不能满足现代电子器件的散热需求,因此提高聚合物热导率,实现高效率的传热具有重要意义。利用多巴胺优异的包覆性能实现对氮化硼(BN)粉末和石墨烯微片(GNPs)的表面修饰。然后将功能化的BN和GNPs作为导热填料,制备了系列环氧树脂(EP/BN/mBN/m(BN/GNP))导热绝缘复合材料,研究了填料的种类和含量对复合材料导热性能和电绝缘性能的影响。结果表明,经多巴胺改性后的BN和GNPs能比较均匀分散于环氧树脂体系中;当添加30 wt%的m(BN/GNP)(1∶1)填料时,复合材料的热导率达到0.61 W/(m·K),与纯环氧树脂材料相比提高了238.9%,且该复合材料仍保持优异的绝缘性能。     

炭黑的表面修饰及其对炭黑/硅橡胶导热性能的影响

通过采用羟基硅油对炭黑表面修饰, 改善炭黑与硅橡胶之间的相容性, 从而减小炭黑与硅橡胶界面热阻, 制备了高导热系数炭黑填充硅橡胶, 研究了炭黑填料与硅橡胶的相容性及炭黑/硅橡胶的导热系数。结果表明: 与原炭黑/硅橡胶体系相比, 经过羟基硅油修饰的炭黑与硅橡胶的相容性得到明显改善。当经表面修饰炭黑的质量分数为36.59%时, 表面修饰炭黑/硅橡胶的导热系数可达到0.591 W·(m·K)^-1, 较同含量未修饰炭黑/硅橡胶的导热系数高38.7%。     

碳纳米管/天然橡胶热界面材料制备及热管理性能研究

热界面材料是解决现代高功率和高集成化电子器件热量聚集和耗散的有效手段。基于三维网络结构调控导热性能的策略,以三聚氰胺泡沫(MF)为骨架,采用化学表面改性制备碳纳米管三维网络结构(CNT),并采用真空浸润法制备碳纳米管/天然橡胶热界面复合材料(CNT/NR),研究CNT含量对材料微观结构、导热性能和热管理性能的影响。结果表明,当CNT的含量为2.2%(质量分数)时,CNT可附着于MF骨架并呈现完整连续的三维网络结构,其热界面复合材料垂直面外的导热率为1.58 W m^-1 K^-1,拉伸强度为12.9 MPa,断裂伸长率为489%,并具有显著的热管理性能,这表明CNT/NR热界面复合材料有望成为一种机具应用价值的热管理材料。     

极端湿热环境下隔热的超疏水聚偏氟乙烯/聚酰亚胺纳米纤维复合气凝胶

优异的隔热材料在建筑、航空航天和体育设备等领域有着广泛的应用需求.然而,在实际应用中,隔热材料在不同温度和湿度条件下,其性能往往会恶化.因此,构建在极端湿热环境下仍具有出色的隔热性能的块状材料是非常重要的.在本工作中,我们构思了一种绿色制备策略,即通过静电纺丝和冷冻干燥技术来制备超疏水且可压缩的聚偏氟乙烯/聚酰亚胺(PVDF/PI)纳米纤维复合气凝胶. PVDF纳米纤维和PI纳米纤维分别充当疏水性纤维骨架和机械支撑骨架,形成具有良好机械柔韧性的坚固的三维框架. PVDF/PI气凝胶在室温下具有出色的超疏水特性(水接触角为152°)和低导热性(31.0 m W m^-1K^-1).同时,在100%湿度(80℃)下, PVDF/PI气凝胶仅显示出48.6 m W m^-1K^-1的低热导率,其性能优于大多数商业绝热材料.因此,新型的PVDF/PI复合气凝胶有望成为高温和高湿环境中应用的优良隔热材料.