來源|Applied Surface Science

01

背景介紹

微電子器件的發(fā)展加快了網(wǎng)絡信息傳輸?shù)乃俣?。然而，它也可能導致電子設備的功耗和加熱能力要求顯著增加。為了保證設備的可靠性和延長設備的使用壽命，高頻電路板產(chǎn)生的熱量必須通過熱接口材料(TIMs)進行散熱。理想的TIMs應具有高導熱性、優(yōu)異的電絕緣性、柔韌性和輕量化，并適應柔性電子等新興技術(shù)。

六方氮化硼(hBN)是石墨烯類似物，具有良好的力學性能、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以及超高的導熱系數(shù)(200-600 W/mK)，因此在聚合物基復合材料研究領域備受關(guān)注。研究結(jié)果表明，由于原h(huán)BN的聚集性和相容性較差，界面聲子振動失配，導熱途徑不有效，因此hBN基復合材料的導熱系數(shù)通常較低，不能滿足高導熱界面材料的要求。

由于具有較大的比表面積和豐富的邊基，氮化硼納米片BNNS在聚合物基質(zhì)中的分散性和相容性方面往往比未剝離的hBN具有前所未有的優(yōu)勢。然而，剝離后的BNNS橫向尺寸僅為100 nm，厚度達到10 nm。因此，制備厚度均勻、產(chǎn)率高的高質(zhì)量BNNS對于制備具有高導熱性能的柔性復合膜具有重要意義。

近年來，高性能PI納米纖維薄膜在導熱領域得到了廣泛的研究。以及利用氧化石墨烯/膨脹石墨復合制備了具有高導熱性的多層電磁干擾屏蔽柔性薄膜。根據(jù)其他研究結(jié)果表明，通過在BNNS之間建立橋梁來提高復合材料的導熱性仍然是一個挑戰(zhàn)。

02

成果掠影

近期，天津工業(yè)大學的范杰教授聯(lián)合中原工學院的何建新教授在制備柔性高導熱納米復合材料取得新進展。

采用水熱法和球磨法對NaOH-LiCl水溶液進行分離，得到了大尺寸(1 ~ 1.5 μm)、超低厚度(2 nm)、高收率(80%)的BNNS。提出了一種簡單的電紡絲-電噴涂技術(shù)，用于制備具有雙組分納米片填充納米纖維三維橋接結(jié)構(gòu)的高導熱絕緣納米復合膜。通過闡明雙組分多通道三維網(wǎng)絡的導熱機理，優(yōu)化納米片納米纖維膜的堆疊結(jié)構(gòu)，與PI/50BNNS相比，PI/50BNNS@2.5rGO納米纖維復合膜的力學性能提高了168%。這是由于BNNS和rGO之間的堆積效應和界面相互作用。

此外，BNNS與還原氧化石墨烯之間的協(xié)同效應降低了有效聲子散射，從而降低了界面熱阻。隨著BNNS含量的增加，獲得了類似天然珍珠質(zhì)的層狀微觀結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，rGO作為連接相鄰堆疊的BNNS層的橋梁，使得PI/ 50BNNS@2.5rGO納米復合紙的面內(nèi)導熱系數(shù)達到16.92 W/m?K。該復合材料具有優(yōu)異的電絕緣性能、較高的熱穩(wěn)定性和良好的熱管理性能，是先進領域大功率集成器件電子封裝的候選材料。

研究成果以“Highly thermally conductive flexible insulated PI/BNNS@rGO nanocomposite paper with a three-dimensional network bridge structure ”為題發(fā)表于《Applied Surface Science》。

03

圖文導讀

圖1.BNNS的水熱剝離和球磨工藝及PI/BNNS@rGO納米復合膜的制備示意圖。

圖2.材料的微觀形貌和結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3.材料的微觀形貌示意圖以及光學照片。

圖4.材料的機械性能示意圖。

圖5.材料的熱管理性能。

圖6.PI納米復合膜， PI/50BNNS納米復合膜，PI/50BNNS@2.5rGO納米復合膜的模擬與計算示意圖。

END

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審核編輯黃宇