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石墨烯填充导热硅凝胶的研究进展

现代化工 2024年第7期44卷 46-50,56页

作者：文芳王良旺郭华超李爽何立粮广州特种承压设备检测研究院国家石墨烯产品质量检验检测中心(广东)广东广州510030

综述了石墨烯在导热硅凝胶领域的应用及研究进展,介绍了石墨烯复合硅凝胶的导热机理,分析总结了石墨烯的尺寸及层数、填充量、共价键改性、非共价键修饰以及结构设计对石墨烯基导热硅凝胶的影响,展望了石墨烯基导热硅凝胶的应用前景,并... 详细信息

综述了石墨烯在导热硅凝胶领域的应用及研究进展,介绍了石墨烯复合硅凝胶的导热机理,分析总结了石墨烯的尺寸及层数、填充量、共价键改性、非共价键修饰以及结构设计对石墨烯基导热硅凝胶的影响,展望了石墨烯基导热硅凝胶的应用前景,并为下一步的研究开发提供思路。

关键词：石墨烯导热硅凝胶导热系数导热通路复合材料

氮化硼和氧化锌晶须共掺杂环氧树脂复合材料的导热与绝缘性能

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复合材料学报 2022年第5期39卷 2183-2191页

作者：吴加雪唐超张天栋迟庆国哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室哈尔滨150080

双酚A环氧树脂(EP)因其具有优异电绝缘性能而被广泛应用于电子器件中,但EP的热导率较低,通过填充高导热无机填料而构建导热通路是当前提高聚合物复合材料热导率的有效策略。本文综合利用溶液共混与热压工艺制备得到了六方氮化硼(h-BN)-... 详细信息

双酚A环氧树脂(EP)因其具有优异电绝缘性能而被广泛应用于电子器件中,但EP的热导率较低,通过填充高导热无机填料而构建导热通路是当前提高聚合物复合材料热导率的有效策略。本文综合利用溶液共混与热压工艺制备得到了六方氮化硼(h-BN)-四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)/EP复合材料,并对复合材料的微观形貌与物相结构、导热性能及绝缘性能进行了系统表征与分析。结果表明,复合填充h-BN-T-ZnOw/EP复合材料兼具良好的导热性和绝缘性,当h-BN-T-ZnOw的填充含量为30wt%/5wt%时,25℃下热导率为0.55 W/(m·K),相比于纯EP提升了2.9倍,同时复合材料体积电阻率大于10^(15)Ω·m,表现出良好的绝缘性。

关键词：双酚A环氧树脂热导率导热通路电绝缘性氮化硼氧化锌

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聚酰亚胺基导热绝缘复合薄膜的研究进展

高分子通报 2023年第8期36卷 1015-1026页

作者：王艳艳张献肖超丁欣郑康刘香兰宫艺陈林田兴友中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所光伏与节能材料重点实验室合肥230031

聚酰亚胺(PI)薄膜作为综合性能最优异的聚合物材料之一,已经被广泛应用于各类微电子器件。随着电子元器件的功率密度急剧增加,热积累问题已经成为制约其发展的瓶颈。具有高导热性能的PI绝缘薄膜材料被认为是解决上述热积累问题的有效方... 详细信息

聚酰亚胺(PI)薄膜作为综合性能最优异的聚合物材料之一,已经被广泛应用于各类微电子器件。随着电子元器件的功率密度急剧增加,热积累问题已经成为制约其发展的瓶颈。具有高导热性能的PI绝缘薄膜材料被认为是解决上述热积累问题的有效方法之一。由于PI薄膜的本征导热性能较差,近年来,国内外研究学者在提高PI薄膜导热性能方面做了大量工作。本文从阐述热量在PI薄膜中的传输机理出发,概述了近年来导热PI绝缘薄膜的研究进展与发展现状,重点讨论了绝缘导热型填料、导电导热型填料以及三维导热骨架等增强PI绝缘复合薄膜导热性能的策略,最后对PI基导热绝缘复合薄膜研究进展和未来可能的发展趋势进行了总结和展望。

关键词：聚酰亚胺导热系数导热填料导热通路复合材料

纳米银负载氮化硼/环氧树脂基导热复合材料性能研究

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纳米银负载氮化硼/环氧树脂基导热复合材料性能研究

作者：秦思捷哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着电子设备性能提升、尺寸缩小,导致了其内部电路功耗增加,产热过多。热量的累积会影响电子设备的稳定性、耐用度和使用寿命。填充型导热聚合物是解决该问题的主流方向。然而,无机纳米粒子与高分子基体相容性较差,且单一粒子无法达到... 详细信息

随着电子设备性能提升、尺寸缩小,导致了其内部电路功耗增加,产热过多。热量的累积会影响电子设备的稳定性、耐用度和使用寿命。填充型导热聚合物是解决该问题的主流方向。然而,无机纳米粒子与高分子基体相容性较差,且单一粒子无法达到理想导热效果,界面中导热通路的阻断会降低材料导热性能。因此,本论文通过表面包覆、双粒子结合、构建有效导热通路的方式来解决上述问题。本论文首先使用聚多巴胺（PDA）对氮化硼（BN）进行包覆,制备出与环氧树脂（EP）相容性较好的单一填料粒子BN-PDA纳米粒子（BP）。使用（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷将PDA上羟基改性成含有巯基的纳米粒子。使用柠檬酸、抗坏血酸、碘化钾、硝酸银等原料采用一锅法制备出银（Ag）纳米粒子负载于BP表面,利用S-Ag键的稳定性,形成双粒子填料的BN-Ag纳米粒子（BPA）。在此基础上利用纤维素（Cellulose）和海藻酸钠共混形成天然的内部网络结构,通过冻干的方式,制备出具有网络结构的骨架。最后使用AG80型EP与BPA粒子共混,浇筑在冻干骨架上,制备出内部含有导热网络的复合材料（BPA/EP-C）。本文对所制备材料进行了微观形貌结构分析及导热、力学和电性能测试,系统分析了填料量和微观结构对热量传递的影响及其规律。实验结果表明,在BP合成后,BP/EP相容性变好;当Ag粒子加入后,BN-Ag双粒子发挥协同效应,热导率逐渐提高,然而材料断面的SEM表明内部结构无法形成定向的导热通道;随着SEM观察到纤维素冻干的内部结构,热导率大幅提高,证明导热通路构建成功。最终,通过PDA包覆,使得BP/EP的相容性比BN/EP高;一锅法有效的使Ag粒子负载于巯基改性的BP上,有效的提高了垂直方向热导率(20 wt%时,λ=0.286W/（m·K）;20 wt%时,λ=0.318 W/（m·K）);当BPA和EP共混浇筑在冻干骨架中时,断面可见含有填料的导热路径,在填料量至20 wt%时,BPA/EP-C垂直方向热导率λ=0.361 W/（m·K）,是EP垂直方向热导率(λ=0.176 W/（m·K）)的2倍。同时,抗冲击性能（Charpy）有所提升,在20 wt%负载量时,C=5.05 KJ/m是C=2.97 KJ/m的1.7倍。在复合材料的电学性能测试中,BPA/EP-C的介电常数为3.631、介电损耗为0.0197、体积电阻率为3.6×10Ω·cm、击穿场强为8.79 k V/mm。该项研究为填充型导热复合材料的结构设计和制备工艺优化提供了新的思路。

关键词：导热材料填充型导热通路氮化硼

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高导热环氧树脂的研究进展

材料导报 2021年第13期35卷 13198-13204页

作者：吴加雪张天栋张昌海冯宇迟庆国陈庆国哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080

封装是电气工程和电子工业的重要组成部分,封装材料是决定封装成败和产品性能的关键因素之一,聚合物封装材料因可靠性与金属和陶瓷相当,成型工艺简单,且具有明显的价格优势,从而成为目前的主流封装材料。环氧树脂(EP)因收缩率小、耐热... 详细信息

封装是电气工程和电子工业的重要组成部分,封装材料是决定封装成败和产品性能的关键因素之一,聚合物封装材料因可靠性与金属和陶瓷相当,成型工艺简单,且具有明显的价格优势,从而成为目前的主流封装材料。环氧树脂(EP)因收缩率小、耐热性好、密封性好及电绝缘性优良等特点,在电子封装材料领域的使用量达90%以上。近些年,随着电力设备功率密度的不断提升,电子器件的微型化以及向高温、高压、高频领域转变的发展趋势,纯环氧树脂0.2 W·m-1·K-1的低热导率使封装后的微细化超大规模集成电路以及电机运行等产生的热量难于释放,导致器件可靠性降低、寿命变短。发展高导热的环氧树脂封装材料成为必然选择。高导热环氧树脂具体包括本征型导热环氧树脂和填充型导热环氧树脂复合材料。当前,有关本征型导热环氧树脂的研究热点是通过化学合成刚性分子链或者容易结晶的小分子单体以及在分子链上引入液晶结构来提高环氧树脂的结晶度,减少声子散射。对于填充型导热环氧树脂而言,主要通过向环氧基体中添加高导热填料以构建导热通路,进而提高复合材料的热导率。但在低填充含量下往往无法构建有效的导热通路,而提高填充量又将影响材料的加工性与力学性能。与简单的共混相比,用高导热纳米填料构建3D框架可以极大地提高聚合物的热传递性能,但一般需要使用特殊工艺去除模板。本文综述了近些年关于环氧树脂导热性能的研究现状,给出了两种类型导热环氧树脂的制备方法,重点分析了提升其热导率的机制。进一步阐述了高导热填料的尺寸、形状、分布形态对填充型导热环氧树脂热导率的影响。最后,结合环氧树脂导热性能研究中存在的一些问题,展望了其未来的发展方向。

关键词：环氧树脂液晶结构导热通路纳米填料

微纳颗粒/二甲基硅橡胶复合热界面材料的制备及数值模拟研究

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微纳颗粒/二甲基硅橡胶复合热界面材料的制备及数值模拟研究

作者：胡思聪华中科技大学

学位级别：硕士

随着纳米电子、三维堆叠芯片等技术的发展,散热问题成为限制微电子领域发展的重要原因之一。目前,热界面材料(Thermal Interface Material,TIM)主要以导热颗粒填充聚合物所得的复合材料为主,室温硫化硅橡胶所具备的弹性、绝缘性和热稳... 详细信息

随着纳米电子、三维堆叠芯片等技术的发展,散热问题成为限制微电子领域发展的重要原因之一。目前,热界面材料(Thermal Interface Material,TIM)主要以导热颗粒填充聚合物所得的复合材料为主,室温硫化硅橡胶所具备的弹性、绝缘性和热稳定性都符合热界面材料的要求,并且可以在室温下完成交联硫化反应。本文采用溶液共混复合法以SiC、Al、AlO、BN为导热颗粒填充到二甲基硅橡胶中制备高导热绝缘复合热界面材料,探究了单组分填料、多组分填料对热界面材料性能的影响;以实验参数为基础结合Digimat-FE建模软件和ANSYS有限元仿真软件建立热界面材料导热模型并对热导率进行求解,提出了预测聚合物基热界面材料热导率的颗粒随机分布模型。对单一填料填充的硅橡胶TIM,Al/硅橡胶TIM的热导率最高达到2.396 W/m·K,硬度44 HA,体积电阻率较低,热稳定性符合标准。SiC/硅橡胶复合TIM的热导率最高达到1.672 W/m·K,硬度较高为58 HA。对多组分填料填充的硅橡胶TIM,SiC/AlO/硅橡胶TIM的热导率最高达到2.275W/m·K,硬度为56 HA。在加入纳米AlO后,TIM的热导率最大为1.927 W/m·K,硬度为46 HA,此时硅橡胶TIM导热性能提升且具备较低的硬度。而Al/AlO/硅橡胶体系中,TIM的热导率最大为2.497 W/m·K,硬度为49 HA,体积电阻率和热稳定性均符合标准。在硅橡胶TIM的有限元仿真分析中,提出了颗粒随机分布模型,对比硅橡胶TIM热导率的有限元数值模拟结果与实验数据,验证了随机分布模型可以用于聚合物基TIM热导率的数值模拟计算。

关键词：热界面材料导热性能导热通路数值模拟随机分布模型

三维石墨烯对聚酰胺6复合材料导热与阻燃性能的影响研究

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三维石墨烯对聚酰胺6复合材料导热与阻燃性能的影响研究

作者：李顼珩上海大学

学位级别：硕士

随着电子设备向着高集成化、高性能化、微型化和功能化的发展,其对导热散热的需求也越来越高,聚合物基导热复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀、易加工等特性引起越来越多研究人员的关注。本文采用机械性能优异且易成型加工的聚酰胺6(PA6)... 详细信息

随着电子设备向着高集成化、高性能化、微型化和功能化的发展,其对导热散热的需求也越来越高,聚合物基导热复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀、易加工等特性引起越来越多研究人员的关注。本文采用机械性能优异且易成型加工的聚酰胺6(PA6)作为聚合物基体,先采用自组装方法得到三维石墨烯泡沫再通过原位聚合法将PA6分子链共价接枝到石墨烯片层上,使得PA6基体与石墨烯泡沫形成两相互穿体系,得到了PA6/Graphene复合材料,研究了复合材料中导热通路的构建、原位接枝降低导热复合材料界面热阻等影响因素,进一步探究了通过杂化方式获得功能化三维石墨烯泡沫以提高复合材料阻燃性能。研究所得的结论如下:1)通过密闭氧化法将天然石墨粉氧化成氧化石墨烯(GO),并经过水热自组装得到部分还原的石墨烯水凝胶,再经过预冻和长时间冷冻干燥得到三维石墨烯泡沫。通过对三维石墨烯泡沫组成、结构和形貌的分析发现三维石墨烯泡沫的形成过程是:随着水热反应的进行GO被逐渐还原成还原氧化石墨烯(RGO),含氧官能团脱去,片层间的静电和亲水作用力减弱,RGO片层在π-π共轭作用下相互堆叠形成三维多孔的网络结构。通过调控水热反应的时间和温度可以调控GF三维结构的还原程度、孔隙率和孔径等结构参数;通过选择不同的反应容器可以从宏观上调控GF的形貌。2)以三维石墨烯泡沫为导热填料,采用“grafting to”策略,通过ε-己内酰胺的原位聚合在三维石墨烯泡沫中共价接枝PA6分子链获得了三维石墨烯与聚酰胺基体形成两种立体网络的互穿体系,PA6分子链被共价接枝到三维石墨烯的RGO片层上,增强了RGO与PA6基体间的相容性,降低了PA6基体与三维石墨烯之间的界面热阻。三维石墨烯的立体网络结构相当于用高导热的石墨烯构建了一个高效的立体交联的导热通路,而且由于三维石墨烯高孔隙率,超低密度和高热导率的特点,可以实现低填料量下(1 wt.%)高导热的效果,在1 wt.%石墨烯含量下,复合材料的λ从纯PA6的0.210 W·m·K增大到PGF复合材料的0.527 W·m·K,在2 wt.%石墨烯含量下,PGF复合材料的导热率进一步提高到0.847 W·m·K。该PGF导热复合材料比相同含量下传统导热填料和其它碳材料聚合物复合材料具有更好的导热性能,在热界面材料、连接器和其他高性能热管理领域拥有广阔的应用前景。3)通过超分子交联作用引入磷-氮类阻燃剂焦磷酸哌嗪(PPAP)使其与GO溶液发生交联组装,形成一种比较松散的水凝胶,再经过水热还原将PPAP接枝到GO片层上,同时GO被还原成石墨烯,得到PPAP/graphene三维杂化石墨烯泡沫(ZGF);再经过原位聚合反应将PA6分子链接枝到ZGF杂化泡沫上得到焦磷酸哌嗪/三维石墨烯聚酰胺复合材料(PZGF)。ZGF独特的三维自支撑网络结构赋予了PZGF复合材料良好的抗滴落性能;磷-氮类阻燃剂PPAP的引入使得PZGF复合材料热释放峰值(PHRR)下降了40%,而总热释放(THR)下降了29%,复合材料的阻燃性能显著提高。

关键词：三维石墨烯聚酰胺6 导热通路共价接枝热导率

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导热橡胶技术的研究进展

橡胶工业 2017年第9期64卷 569-574页

作者：冯涛张新军北京橡胶工业研究设计院北京100143

综述导热橡胶材料的基体、填料导热性能的影响因素,并对导热橡胶导热技术的研究进展进行介绍。热导率与填料的粒子粒径有关,界面热阻也与其粒径有关,粒径越小,与基体界面间的热阻越大。综合考虑填料自身热导率、粒径与界面热阻等因素,... 详细信息

综述导热橡胶材料的基体、填料导热性能的影响因素,并对导热橡胶导热技术的研究进展进行介绍。热导率与填料的粒子粒径有关,界面热阻也与其粒径有关,粒径越小,与基体界面间的热阻越大。综合考虑填料自身热导率、粒径与界面热阻等因素,选用合适粒径的导热粒子,以易于在基体内形成导热网络,降低界面热阻。通过发挥导热粒子间的协同导热通路效应,可有效改善基体的导热性能。

关键词：导热橡胶导热填料热导率导热通路热阻

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通过双向拉伸力场制备高效绝缘导热复合材料

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