氮化硼纳米片基高导热柔性复合材料的制备与热管理性能研究

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随着新一代电子器件向着大功率、大容量、高集成和高频率化的方向发展,器件运行中产生的热量不断增加。并且伴随热量的积累,其工作时的温度也会向着高温方向发展。电子器件的热管理问题变得日益突出、成为最受关注的焦点之一。为了提高电子器件的工作可靠性,延长其使用寿命,必须采取有效的散热措施。目前,电子器件的散热主要是将高导热纳米材料与高分子衬底相复合,即通过制备兼有高导热性和高机械性能的纳米复合材料来实现的。常见的高导热纳米材料有碳材料(例如碳纳米管、石墨烯等)、陶瓷、金属等。其中,氮化硼(BN)因其具有较大的能带隙、良好的抗氧化性、优异的导热性、热稳定性、化学惰性和优异的机械性能,已被广泛用作聚合物基体的导热填料。作为器件和周围环境之间的中间物质,高导热纳米复合材料通常具备高导热系数、柔韧性、易加工性等特点。此外,最重要的是在高导热纳米复合材料中能够形成完整、高效的导热通路。本论文中,我们从氮化硼纳米片(BNNSs)的制备开始入手,以高分子材料为基底,通过构筑稳定的导热网络,制备了高导热高分子复合材料,并对其热管理性能和应用进行了研究。首先,通过空气-水界面法制备了BNNSs/热塑性聚氨酯弹性体(TPU)高导热复合薄膜。由于液体表面张力梯度及浮力的作用,复合材料溶液可在水面上快速形成一层厚度均匀的薄膜,并且在该薄膜中BNNSs沿平面方向相互搭连形成导热网络,保证了热量的快速传输。除了面内的高导热性,该复合薄膜具有优异的电绝缘性和柔韧性,可用来进行表面不规则发热体的热管理。其次,制备了荧光粉NaNbO3:Pr3+(NNOP)/BNNSs/聚二甲基硅氧烷(PDMS)的纳米复合膜。该样品具有优异的柔韧性,可以折叠、卷曲、扭曲和拉伸。并且,由于三维导热网络的构筑,热量可以更快的在复合材料中进行传输,这也使得热量能够在很短的时间内传递到NNOP,从而更快的激发热释光:在相同的热刺激下,与不含BNNSs的样品(59秒)相比,含BNNSs的样品的发光更早(26秒)。由于具有优异的电绝缘性、高导热性以及热致发光性,该复合薄膜可用于实时监测电气设备和电子设备的表面温度。
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