随着微电子行业的不断发展,科学技术的进步,现代人们对电子设备功率的需求不断提高,高性能导热材料引起了人们的广泛关注。快速有效的冷却能力和电子和电气冷却系统的升级已成为现代小型化电子产品制备工作的关键。现阶段,加入导热性填料以提高聚合物基体的导热性,解决新一代高功率、高集成、小电子器件的散热问题,已成为主流解决方案。此外,重要的是要知道固体被分为金属、半导体和绝缘体,这三种物质都有各自的导热性特性。三者的导热性能都是用热导率来表示,同时热导率也称为“导热系数”。是指在物质内部垂直在导热性方位取2个距离1米,总面积为1平方米的平行面,,若2个平面的温度差距1K,即在1秒左右由一个平面传输至另外一个平面的热量就设定为物质的热导率。片杂化结构比单一填料体系具有更高的导热性和更快的热响应性能。
金属及碳材料具备很好的导热性,但由于其导热载体为电子,往往不能达到某些高精尖领域的使用要求。因为较高导电性往往容易使器件短路。此外,金属除了具备较差的电绝缘性能外,还具有较大的比重,与轻薄化发展趋势相悖。而部分以声子与光子为导热载体的金属氧化物及陶瓷也能具有相对高的导热能力,但是同样存在比重大及难加工等问题。高分子来源广泛,种类繁多,可根据具体使用要求选取化学稳定性、耐腐蚀性、耐高低温性能、溶解性能、机械强度的不同的高分子。然而,虽绝大多数聚合物具备良好的机械性、加工性及电绝缘等优良性能,但由于其导热载流子主要是声子,热导率通常很差(不超过0.5W(m·K)-1)。因此,本征高分子几乎不能用于散热领域。复合材料不仅保持了各组分的性能优点,而且通过组分间的协同补强作用,可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能。因此,聚合物基导热材料的制备是获取各项性能优异的导热材料行之有效思路之一。
六方片状氮化硼其平面内机械强度可达500N/m,并具有优异的耐高温性。在空气中抗氧化温度为900℃,在真空中可达到2000℃。同时,h-BN也具有极高的导热率,其中理论计算的氮化硼纳米片(BNNS)的导热率高达1700~2000W.m-1.K-1。更重要的是,h-BN具有优良的绝缘性能。h-BN的带隙为5.2eV,击穿强度高达35kV/mm,可在同时需要绝缘和散热的条件下使用,这是石墨烯无法比较的。因此在现阶段上氮化硼是一种具有良好应用价值和应用前景的导热填料。
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