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鄒小姐：13326633089 -
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隨著電子科技的飛速發(fā)展，如今尺寸更小、溫度更高以及速度更快的電子器件需要比以往更強(qiáng)的散熱能力。否則，高溫會(huì)對(duì)電子元器件的穩(wěn)定性、可靠性和壽命產(chǎn)生有害的影響。因此，廠商往往會(huì)在電子產(chǎn)品的散熱源與散熱器之間加入以聚合物為機(jī)體、以導(dǎo)熱粉為填料的高分子復(fù)合材料，幫助形成良好的導(dǎo)熱通道。但為了防止器件工作時(shí)出現(xiàn)短路問(wèn)題，這些導(dǎo)熱填料必須具備電絕緣性。
既導(dǎo)熱又絕緣的氮化硼粉體，在電子領(lǐng)域中備受青睞
可用于電子元器件的導(dǎo)熱填料中，具有優(yōu)異的熱導(dǎo)率、高電絕緣性和低的熱膨脹系數(shù)的六方氮化硼(h-BN)是不得不提的佼佼者。雖然它的導(dǎo)熱系數(shù)雖低于氮化鋁，但由于不會(huì)水解，以及密度只有2.2g/cm3（在漿料中不易沉降），因此各方面性能更為均衡。
盡管有人認(rèn)為h-BN導(dǎo)熱性因片狀結(jié)構(gòu)而具有各向異性（即BN層內(nèi)平面熱導(dǎo)率非常高，但在垂直BN層的方向上熱導(dǎo)率很低，不能有效地傳導(dǎo)熱量）會(huì)阻止其在該領(lǐng)域的應(yīng)用，但只要使用的方法合適，就能完美回避該問(wèn)題——依據(jù)Nielsen的曲線預(yù)測(cè)，球形的無(wú)機(jī)粒子與高分子的導(dǎo)熱系數(shù)比(kp/km)大于100時(shí)，球形的無(wú)機(jī)粒子對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱提升有限。此時(shí)若添加高長(zhǎng)徑比的片狀氮化硼，反而可以形成更完整的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，有助于發(fā)揮幅射散熱效果，獲取更高的導(dǎo)熱值。
另外，h-BN絕緣電壓為30~40kv/mm，即使在1000°C的空氣下使用仍可以保有很高的絕緣特性。而且它的耐擊穿電壓為3 kv/mm（是氧化鋁兩倍），故也能用來(lái)搭配氧化鋁、氮化鋁或氮化硅等添加在樹(shù)脂中增強(qiáng)絕緣性能。
總而言之，h-BN作為各種樹(shù)脂系統(tǒng)的散熱填料使用時(shí)，在要求良好散熱性、低介電損耗和低熱膨脹的應(yīng)用中確實(shí)無(wú)可比擬。
氮化硼應(yīng)用前的“改造”
H-BN百般好，但壞就壞在它化學(xué)性質(zhì)太穩(wěn)定，表面缺乏活性基團(tuán)，和常用的導(dǎo)熱用高分子樹(shù)脂，如環(huán)氧樹(shù)脂/PI/Phenolics/硅膠等的“相處”并不融洽，缺乏強(qiáng)相互作用，分散性很差，這大大限制了h-BN對(duì)聚合物材料性能的改善效果。另一方面，h-BN的化學(xué)惰性又使其難以與其他物質(zhì)反應(yīng)進(jìn)行表面改性。
h-BN結(jié)構(gòu)示意圖
為什么說(shuō)h-BN很難表面改性呢？這是由于h-BN的晶格為氮與硼組成的平面六角形，只有片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)邊才有官能基，可以與其他物質(zhì)互相反應(yīng)接合，這就是若直接將未改性的氮化硼添加在樹(shù)脂中會(huì)發(fā)生層裂的原因。總而言之，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的差異，h-BN與氧化鋁等粉體表面處理最大的不同是，須先進(jìn)行粉體前處理即活化處理，才能接耦合劑的官能基。
目前較為成熟的氮化硼修飾策略有下圖中的六種，不同的修飾策略能夠賦予h-BN以不同的物理、化學(xué)性質(zhì)，需針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行相應(yīng)的改性手段。而在導(dǎo)熱填料領(lǐng)域中，以共價(jià)鍵的形式為h-BN接上化學(xué)官能團(tuán)的手段最為常見(jiàn)。
①h-BN羥基化
六方氮化硼中的B原子在與N原子形成共價(jià)鍵后，還剩余空軌道，這種結(jié)構(gòu)有容納電子的傾向，是親電子結(jié)構(gòu)。而-OH中的氧含有孤對(duì)電子。因此，六方氮化硼易于和-OH形成化學(xué)鍵鍵合，故對(duì)六方氮化硼進(jìn)行-OH化修飾是一種重要的改性手段。
經(jīng)羥基化改性后的六方氮化硼可通過(guò)酯化反應(yīng)進(jìn)一步連接有機(jī)碳鏈，應(yīng)用于生物工藝、基質(zhì)填充等眾多領(lǐng)域，大大的拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。典型的六方氮化硼進(jìn)行-OH化修飾方法包括H2O2水熱、超聲輔助水解和等離子體處理等方式。
通過(guò)超聲為h-BN接上-OH示意圖
②h-BN氨基化
與羥基化類(lèi)似，-NH2也能對(duì)六方氮化硼表面進(jìn)行化學(xué)修飾。2007年，Ikuno等人首次報(bào)道了六方氮化硼的氨基化處理。在氨氣等離子體輻照下，-NH2與氮化硼表面形成化學(xué)鍵合。與此同時(shí)，在氮化硼表面留下很多缺陷。隨后涌現(xiàn)出一系列氨基功能化的六方氮化硼材料，使用的工藝也層出不窮，有超聲降解法、球磨法等等。
③h-BN烷基化
另外，對(duì)h-BN進(jìn)行烷基化處理也是一種有效手段。由于氮化硼中，B、N原子分別具有路易斯酸、堿特性，因此可以分別接入堿性和酸性基團(tuán)進(jìn)行修飾。
總結(jié)
h-BN由于其良好的導(dǎo)熱性能與絕緣性能，是聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料的理想填料之一，不過(guò)要發(fā)揮它的性能，需要做的工作也不少。
目前業(yè)者為了更好地發(fā)揮出氮化硼在熱管理中的潛力，一直在積極地投入研發(fā)，表面處理工藝研究就是其中很關(guān)鍵的一部分，是許多重點(diǎn)研究方向的基礎(chǔ)。比如說(shuō)《三維氮化硼作為導(dǎo)熱填料，效果更突出！》中提到的構(gòu)筑三維填料網(wǎng)絡(luò)，就必須要以BN與基體具有良好的相容性為前提?？偠灾瑹o(wú)論氮化硼“怎么玩”，它的表面修飾處理都是重中之重，千萬(wàn)不要輕視噢！
資料來(lái)源：
六方氮化硼的剝離改性與應(yīng)用，張凱麗。
粉體圈NANA
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