Ag/MWCNTs复合材料的制备及用于提高低温电子浆料导热性的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shijiancuowu
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为提高高性能电子设备的使用寿命,需要解决设备运行时的散热问题。低温电子浆料作为一种性能优越的热界面材料(TIM),能够很好的填充散热器件与发热器件接触界面之间存在的间隙,降低接触热阻,实现高效电子冷却,是解决散热问题的很好选择。目前,为了获得具有改善导热性及良好可印刷性的TIM,已经开发了由环氧基质中的各种颗粒(如金属、陶瓷等)组成的复合材料,而银/碳纳米管(Ag/MWCNTs)复合材料是实现更好热传导及高热导率的理想材料,逐渐成为TIM领域的研究热点。与金属和陶瓷相比,一维结构的多壁碳纳米管(MWCNTs)具有高比表面积、高拉伸强度和韧性、良好的导热性和导电性等性质,在微电子及复合材料领域有着广泛应用。此外,由于金属Ag具有很好的导热性和导电性,在MWCNTs表面上沉积Ag可以使两者之间产生协同效应,进一步改善MWCNTs的性能。然而,在Ag/MWCNTs复合材料的研究中,如何在MWCNTs表面上沉积高分布密度、尺寸均匀及分散性较好的银纳米粒子(Ag-NPs)一直是研究难点。同时,MWCNTs容易团聚,在制备Ag/MWCNTs复合材料之前,需提高其分散性,减少缠结。本文介绍了两种制备Ag/MWCNTs复合材料的方法,即分别使用碳酸氢铵(NH4HCO3)及碘(I2)对MWCNTs进行表面改性,提高其表面活性,然后使用不同的分散剂及还原剂,通过简单的化学方法制备Ag/MWCNTs复合材料,并用于低温电子浆料的改性。Ag/MWCNTs复合材料的微观形貌和光谱分析表明,氨基官能化MWCNTs及碘化MWCNTs后所制备Ag/MWCNTs复合材料,Ag-NPs都能以较高的分布密度较为均匀地分布在MWCNTs表面上,但相比而言,碘化MWCNTs后制备的Ag/MWCNTs复合材料效果更好,使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测出Ag/MWCNTs复合材料中的银含量约为22.4%。将获得的Ag/MWCNTs复合材料(1 wt%)添加到银-环氧树脂浆料中,制备出改性的低温电子浆料。场发射扫描电子显微镜(FESEM)、热导率、电阻率及热重分析(TG)分析表明,Ag/MWCNTs复合材料能够使片状银粉之间更好的连接在一起,将浆料的热导率从约0.735 W/m K提高到约1.275 W/m K,具有热稳定性,同时浆料的电阻率值降低,但在25-600℃的温度范围内具有更多的重量损失。此外,对低温电子浆料的导热机理研究表明,将Ag/MWCNTs复合材料添加到银-环氧树脂浆料中后,浆料体系具有不连续的填料网络,MWCNTs表面上附着的Ag-NPs能够在固化过程中促进MWCNTs与片状银粉之间的界面结合,减少界面热阻,使导热通路增多,提高热导率。总体而言,在低温电子浆料中添加Ag/MWCNTs复合材料后可以显著提高浆料的导热性,同时Ag/MWCNTs复合材料具有改善低温电子浆料其他性能的潜力。
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