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《吉林大学》 2019年
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基于氮化硼的导热绝缘材料的制备与性能研究

张誉元  
【摘要】:电子元器件和电路逐步向着高精度、高集成方向发展,需要经常在高频、高功率条件下的工作,使得电子设备的功率密度迅速增加,不仅要求电子封装材料具有良好的绝缘性,还要求其具有高效的散热能力。高分子材料因其具有绝缘性好、耐化学腐蚀、重量轻、加工方便、力学性能好、抗疲劳性能好等优异的性质,在电子封装领域受到广泛关注。但由于纯高分子材料导热性能差,限制了其在电子封装和器件散热等领域的进一步发展。因此,制备高性能、高可靠的导热绝缘材料对于急速发展的电子工业来说刻不容缓。目前,在基体中添加高导热系数的无机填料,是提高高分子材料导热性能的有效途径。氮化硼是具有极端性能的无机非金属材料,其导热系数很高,绝缘性极佳,正是无机填料的最佳候选之一。基于此,本论文以工业应用广泛的环氧树脂(EP)为基体,以六方氮化硼(h-BN)和立方氮化硼(c-BN)为导热填料,制备了新型的高导热绝缘高分子复合材料,并对其热学性能进行了系统的研究。首先,采用硅烷偶联剂分别对h-BN和c-BN进行表面修饰改性,提高了h-BN和c-BN在EP中的分散性,分别制备了基于h-BN和c-BN的EP复合材料,研究了其内部的断裂形貌和导热性能。发现h-BN经表面改性后,h-BN能够与基体很好的结合,减小热阻,提高材料的导热性能。其次,采用不同粒径、不同形状的h-BN和c-BN对EP进行双填料添加,制备了h-BN/c-BN/EP复合材料,通过对其内部的断裂形貌和导热性能的研究,探讨了双填料添加对复合材料热学性能影响的协同杂化效应。在导热填料总填充量都为6 vol%时,c-BN/EP、h-BN/EP和h-BN/c-BN/EP复合材料的导热系数与原始环氧树脂相比,分别提高了47.84%、82.8%和116.14%,h-BN/c-BN/EP复合材料的热导率最高,其中h-BN含量为4 vol%,c-BN含量为2 vol%。当确定总添加量时,双组分添加比单独添加其中一种导热填料效果要好,这表明,h-BN与c-BN在基体内部随机分布对于构筑导热通道时二者具有协同效应。最后,采用金纳米颗粒(Au NPs)复合后的h-BN作为导热填料,与c-BN共同对EP进行双填料添加,以期进一步提高复合材料的热学性能。制备了Au NPs/h-BN复合物及Au NPs增强型的h-BN/c-BN/EP复合材料,利用TEM对Au NPs改性h-BN复合物进行分析,对制备的EP复合材料的内部断裂形貌、热学性能及电学性质进行了分析。Au NPs的加入使3 vol%h-BN/6 vol%c-BN/EP复合材料导热率从166%提高到237%,Au NPs在h-BN/c-BN双填料之间承担着的导热桥梁作用,降低填料间的界面热阻,在提高复合材料导热率的同时,也保持了良好的绝缘性能。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN04

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