基于纳米级聚合物基导热复合材料的制备及性能研究

来源 :安徽大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fengaitong1983
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随着5 G时代的到来,新一代电子元器件朝着高度集成化和小型化方向发展,电子产品对封装材料的要求也越来越高,导致电子元器件内部的热量增加过快,如何有效散热就成了新一代电子封装技术的瓶颈问题。聚合物基高分子材料的导热系数不高(0.2Wm-1K-1),无法满足电子设备的散热需求。而这样做往往需要高填充量的导热填料,这将致使材料的机械性能恶化,流动性能降低,成本提高。为此,本文重点研究基于纳米导热填料在低填充量下的高分子复合材料,分别制备了BN/SiO2-PMMA、PMMA/rGO-AgNPs、PMMA@xMWCNT/yBN和EP/h-BN-PGMA等复合导热材料。研究发现,在导热绝缘和导热导电领域,陶瓷(BNNS)和碳填料(MWCNT、GO)这两种纳米级导热填料在新一代电子封装领域中有着广阔的发展前景。(1)通过溶液混合和热压工艺制备了BN/SiO2-PMMA复合材料。添加40 wt%的BNNS时,复合材料的热导率为1.198 Wm-1K-1,是纯PMMA热导率的599%倍,这是因为BNNS在PMMA基体中形成了传热通路。(2)通过表面阳离子吸附改性和热压法获得PMMA/rGO-AgNPs复合材料。仅添加混杂填料(rGO+AgNPs:2.5 vol%+2.5 vol%),PMMA/2.5rGO-2.5AgNPs复合材料的导热系数达到了0.54 Wm-1K-1,大约是纯PMMA材料的2.38倍。(3)本文通过构筑双隔离网络——导热绝缘网络,设计了具有有效电磁干扰和良好的绝缘性能的PMMA@MWCNT/BN复合材料。制备了PMMA@MWCNT复合微球作为导热导电微网,并在该导热导电微网外层进一步制备了BN微网,用于电绝缘和进一步提高导热系数。当填料含量依次为6 wt%MWCNT和20 wt%BN时,其导热系数为1.098 Wm-1K-1,电导率为6.32×10-7 S cm-1,在8.2 GHz下的电磁屏蔽为14.39 dB。(4)将h-BN表面进行PGMA高分链接枝改性,采用溶液混合和热固化法,在共混环氧树脂EP(E51+CER170)中加入4、10和16 vol%的h-BN-PGMA,其导热系数分别提高160%,298%和599%。h-BN的表面接枝旨在形成长的高分子链,互联h-BN的每个导热网络,有利于增强BNNS与EP基体的相容性。与EP/h-BN复合材料相比,相同填充量(16 vol%)下,EP/h-BN-PGMA复合材料具有更高的导热系数(1.197 Wm-1K-1)。此外,优异的介电性能和热稳定性表明,EP/h-BN-PGMA复合材料是一种很好的热界面材料(TIMs),可以应用于热管理领域。
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