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氮化硼改性聚合物基高导热复合材料研究进展

高电压技术 2023年第9期49卷 3625-3639页

作者：查俊伟李鑫万宝全董晓迪郑明胜北京科技大学化学与生物工程学院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083

电气、电子装备中器件的微型化、高功率化发展使得散热成为关键,以氮化硼(boron nitride,BN)为填料制备的导热复合材料是改善这一问题的有效方式。为此在阐述BN结构特点的基础上,从单一填料处理包括BN的剥离以及BN表面改性、复合填料协... 详细信息

电气、电子装备中器件的微型化、高功率化发展使得散热成为关键,以氮化硼(boron nitride,BN)为填料制备的导热复合材料是改善这一问题的有效方式。为此在阐述BN结构特点的基础上,从单一填料处理包括BN的剥离以及BN表面改性、复合填料协同作用、导热网络的构建这3个角度出发,分析了提升BN改性聚合物材料导热性能的途径。最后,对当前BN改性聚合物导热复合材料研究存在的问题进行总结,并对导热复合材料未来发展方向做出展望,以期望实现有限空间内的高效散热。

关键词：氮化硼聚合物复合材料表面改性导热性能

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

氮化硼的介电特性及其在微波加热中的热透波性能

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工程科学与技术 2024年第2期56卷 118-128页

作者：张利尚小标白永珍李广超肖利平济宁学院机电工程学院山东曲阜273155 昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 非常规冶金教育部重点实验室云南昆明650093 微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室云南昆明650093

耐火结构的热透波性能对微波加热的模式和效率均具有重要影响,所以明确耐火结构在微波加热过程中的动态热透波性能变化至关重要。本文以氮化硼陶瓷为研究对象,通过实验测试了其在915 MHz、2 450 MHz两种频率下的宽温域(25~1 000℃)介电... 详细信息

耐火结构的热透波性能对微波加热的模式和效率均具有重要影响,所以明确耐火结构在微波加热过程中的动态热透波性能变化至关重要。本文以氮化硼陶瓷为研究对象,通过实验测试了其在915 MHz、2 450 MHz两种频率下的宽温域(25~1 000℃)介电特性,采用传输线理论计算了氮化硼陶瓷的功率透过系数,并对其介电常数、介电损耗因子等参数的温度特性进行了分析。研究表明:25~1 000℃,两种频率下的介电常数变化幅度较小,介电常数仅变化了1.8%左右;两种频率下的介电损耗因子随温度呈波动性变化,900℃之后都呈指数增长的趋势。微波在氮化硼陶瓷中的波长和穿透深度均随温度的增加呈现下降趋势;当频率增大时,穿透深度随频率的增大而减小。氮化硼陶瓷的透波性能在两种极化模式下存在明显差异,水平极化(TM)明显高于垂直极化(TE)。当频率为915 MHz时,可以考虑材料厚度值为0.08 m左右作为优化材料厚度,同时以入射角度在θ_(i)≤67°范围内入射具有良好的透波性能(PTC≥0.7)。当频率为2 450 MHz时,可以考虑材料厚度值为0.06 m作为优化材料厚度,在TE极化模式中应优先考虑微波入射角度在θ_(i)≤58°范围内入射,在TM极化模式中建议入射角度θ_(i)≤77°入射具有较好的透波效果(PTC≥0.9)。本研究对微波加热设备内炉衬材料的选择、工艺参数的设定以及有效提高微波能的利用率具有重要的现实指导意义。

关键词：微波加热氮化硼透波性能介电常数耐火结构

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氮化硼复合陶瓷表面二次电子发射抑制

高电压技术 2023年第9期49卷 3848-3855页

作者：姚璐欧阳林杰王丹陈继新贺永宁徐亚男西安交通大学微电子学院西安710049 西安中科原子精密制造科技有限公司西安710119 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 上海推进技术研究所上海空间发动机工程技术研究中心上海201112

二次电子产额δ是影响霍尔推进器鞘层的关键参数之一。为了降低推进器通道壁面常用材料BN−SiO_(2)复合陶瓷的表面δ,通过激光刻蚀工艺和表面镀层技术对表面δ进行了调控。使用脉冲红外光纤激光器在材料表面构造微阵列结构,使用激光扫描... 详细信息

二次电子产额δ是影响霍尔推进器鞘层的关键参数之一。为了降低推进器通道壁面常用材料BN−SiO_(2)复合陶瓷的表面δ,通过激光刻蚀工艺和表面镀层技术对表面δ进行了调控。使用脉冲红外光纤激光器在材料表面构造微阵列结构,使用激光扫描显微镜对表面结构表征,表面δ测试方法采用收集极法。δ测试结果表明:激光功率10 W且扫描周期50时,样品表面形成的周期性微阵列结构δ抑制效果较为理想,两种不同质量配比的复合陶瓷表面δ峰值分别由2.62和2.38降低至1.55和1.46。使用磁控溅射在上述微结构表面沉积一层TiN薄膜,δ得到进一步抑制。使用扫描电子显微镜对薄膜表面表征,表面颗粒呈现三棱锥结构。结果表明:溅射功率100 W且时长90 min时,TiN膜厚约为246 nm,镀覆该厚度TiN薄膜的两组微结构样品δ峰值分别由1.55和1.46降低至0.82和0.76,相比原始表面大幅降低。该研究通过表面刻蚀和薄膜沉积工艺,大幅降低了BN−SiO_(2)复合陶瓷表面的δ,研究工作对于特定工作场景中开展低δ表面处理工艺研究具有工程应用价值。

关键词：氮化硼二次电子发射霍尔推进器激光刻蚀氮化钛

氮化硼纳米片的绿色制备及其在导热复合材料中的应用

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复合材料学报 2023年第8期40卷 4558-4567页

作者：石贤斌张帅陈超聂向导班露露赵亚星刘仁桑欣欣江南大学化学与材料工程学院合成与生物胶体教育部重点实验室无锡214122 海鹰空天材料研究院(苏州)有限责任公司苏州215143

聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物因具有较低的热导率限制了其使用范围,添加高导热填料可以提升聚合物材料的导热性能,所制备的聚合物基导热复合材料在热管理领域具有重要的应用价值。本文采用六方氮化硼纳米片(BNNS)和球形氧化铝(Al_(2)O_(3)... 详细信息

聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物因具有较低的热导率限制了其使用范围,添加高导热填料可以提升聚合物材料的导热性能,所制备的聚合物基导热复合材料在热管理领域具有重要的应用价值。本文采用六方氮化硼纳米片(BNNS)和球形氧化铝(Al_(2)O_(3))作为导热填料,通过热压的方法制备出Al_(2)O_(3)-BNNS/PVDF导热复合材料。首先,在氯化胆碱(ChCl)与植酸(PA)水溶液组成的绿色溶剂中,高效剥离制备得到厚度3~5 nm、直径1~5μm的BNNS纳米填料。再利用BNNS、Al_(2)O_(3)杂化填料的协同作用,采用溶液共混-热压的方式制得具有类似豌豆荚结构的导热复合材料,构建出良好的导热网络。当添加30wt%Al_(2)O_(3)与20wt%BNNS时,复合材料面内热导率高达11.54 W/(m·K),垂直热导率为5.70 W/(m·K),复合材料的热导率大幅提升,用作热界面材料表现出优异的散热性能。

关键词：绿色溶剂氮化硼剥离聚偏氟乙烯导热性能

氮化铝/氮化硼/碳纳米管/硅橡胶复合材料的力致填料取向对导热性能的影响

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材料工程 2022年第2期50卷 127-134页

作者：刘旺冠蒋兴华郭建华华南理工大学材料科学与工程学院广州510640 中山市华南理工大学现代产业技术研究院广东中山528400 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

随着科学技术的发展,电子元器件发热量大幅度增加,因此开发兼具高导热和高绝缘性能材料日益迫切。以甲基乙烯基硅橡胶(SR)为基体,碳纳米管(CNTs)、六方氮化硼(BN)以及氮化铝(AlN)为导热填料,通过机械共混法制备导热复合材料。研究3种导... 详细信息

随着科学技术的发展,电子元器件发热量大幅度增加,因此开发兼具高导热和高绝缘性能材料日益迫切。以甲基乙烯基硅橡胶(SR)为基体,碳纳米管(CNTs)、六方氮化硼(BN)以及氮化铝(AlN)为导热填料,通过机械共混法制备导热复合材料。研究3种导热填料复配对复合材料的导热性能、绝缘性能和力学性能的影响,研究填料取向对复合材料导热性能的影响,研究材料表面温升与加热时间的关系。采用Agari模型预测复合材料的理论热导率。通过热红成像、扫描电子显微镜、X射线衍射分析、热重分析等对复合材料进行表征。结果表明:随着复配导热填料中AlN用量的减少,BN和CNT_(S)用量的增加,复合材料的热导率逐渐升高;当AlN为80 phr,BN为68 phr,CNTs为2 phr时,复合材料的垂直热导率为1.857 W·m^(-1)·K^(-1),平行热导率为2.853 W·m^(-1)·K^(-1),体积电阻率为2.18×10^(12)Ω·cm,拉伸强度达4.3 MPa,复合材料的综合性能较好。

关键词：硅橡胶氮化硼氮化铝碳纳米管导热取向

原位反应加工法制备氮化硼/聚甲基丙烯酸甲酯/聚乙烯导热复合材料的性能

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高分子材料科学与工程 2023年第4期39卷 25-32页

作者：董姗唐敢金卉李庚江兵兵游峰江学良武汉工程大学材料科学与工程学院湖北省等离子体化学与新材料重点实验室湖北武汉430205 湖北大学材料科学与工程学院功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室湖北武汉430062 国家电网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司湖北武汉430074

以氮化硼(BN)为导热填料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和高密度聚乙烯(HDPE)为基体,利用甲基丙烯酸甲酯(MMA)的原位反应加工成功制备了BN/PMMA/HDPE高导热复合材料。研究了PMMA与HDPE不同质量比时的相形态,通过扫描电子显微镜发现,当PMMA与H... 详细信息

以氮化硼(BN)为导热填料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和高密度聚乙烯(HDPE)为基体,利用甲基丙烯酸甲酯(MMA)的原位反应加工成功制备了BN/PMMA/HDPE高导热复合材料。研究了PMMA与HDPE不同质量比时的相形态,通过扫描电子显微镜发现,当PMMA与HDPE的质量比为9:11时,复合材料构成了完善的双连续结构,BN选择性分散在原位反应加工法制备的BN/PMMA/HDPE高导热复合材料的PMMA相中,这种双连续结构及选择性分散的设计有利于提升材料的导热性能和耐热性能。导热性能测试结果表明,当BN的质量分数为40%时,原位反应加工法制备的BN/PMMA/HDPE导热复合材料的导热系数达到了0.92W/(m·K),相对于纯HDPE提升了283%,相对于简单熔融共混法制备的BN/PMMA/HDPE导热复合材料提升了接近20%。同时,动态力学热分析表明,在温度为40℃时,BN的质量分数为30%时,原位反应加工法制备的BN/PMMA/HDPE导热复合材料的储能模量比简单熔融共混法制备的BN/PMMA/HDPE导热复合材料的储能模量提升了46%,并且差示扫描量热分析及维卡软化点测试表明,其玻璃化转变温度、结晶温度和维卡软化点都有提升。其研究为制备高导热耐热复合材料提供了一种新的方法。

关键词：氮化硼原位反应加工法双连续结构导热系数耐热

氮化硼和不同尺寸氧化铝复配对尼龙6/聚丙烯复合材料导热性能的影响

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华东理工大学学报（自然科学版） 2022年第2期48卷 165-172页

作者：苏凡张玲李春忠上海多级结构纳米材料工程技术研究中心超细材料制备与应用教育部重点实验室华东理工大学材料科学与工程学院上海200237

采用两步法将片状氮化硼(BN)和两种尺寸的球形氧化铝(纳米级Al_(2)O_(3):Nano-Al_(2)O_(3);微米级Al_(2)O_(3):Micro-Al_(2)O_(3))引入到尼龙6/聚丙烯(PA6/PP)合金中制备高导热的BN/Nano-Al_(2)O_(3)/Micro-Al_(2)O_(3)/PA6/PP复合材料。借助加工过程中的剪切力以及PP相的体积排斥作用,发现BN片和Al_(2)O_(3)球在PA6相中均匀地分散、取向和连接,小尺寸的Nano-Al_(2)O_(3)插入BN片间的缝隙中,而大尺寸的Micro-Al_(2)O_(3)嵌入并改变BN片的取向,二者共同辅助BN形成了三维导热网络,并减少了各向异性。与质量分数为25%的BN复配,当Nano-Al_(2)O_(3)和Micro-Al_(2)O_(3)质量分数分别为7.5%(即Nano-Al_(2)O_(3)-7.5和Micro-Al_(2)O_(3)-7.5)时,BN/Nano-Al_(2)O_(3)-7.5/Micro-Al_(2)O_(3)-7.5/PA6/PP复合材料的热导率达到最大,面内热导率为1.46 W/(m·K),面外热导率为1.39 W/(m·K)。在LED灯散热实验中,复合材料能使LED工作温度显著降低,说明其具有很好的应用性。

关键词：氮化硼氧化铝热塑性复合材料热导率

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基于钯修饰六方氮化硼的光纤氢气传感器

光学学报 2023年第22期43卷 283-290页

作者：丁晖郭茂森徐浩东韩春阳陈宸西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

氢气作为一种可持续、无污染的新型绿色能源,在现代工业中受到了广泛关注。但在存储和使用过程中,氢气容易发生泄漏并引发爆炸,因此对其体积分数进行检测非常重要。为此,提出一种基于钯(Pd)修饰六方氮化硼(hBN)薄膜的新型探针式光纤氢... 详细信息

氢气作为一种可持续、无污染的新型绿色能源,在现代工业中受到了广泛关注。但在存储和使用过程中,氢气容易发生泄漏并引发爆炸,因此对其体积分数进行检测非常重要。为此,提出一种基于钯(Pd)修饰六方氮化硼(hBN)薄膜的新型探针式光纤氢气传感器。讨论hBN薄膜的机械和光学特性,指出其作为Fabry-Perot(F-P)干涉仪反射膜在机械、光学、氢气吸附/脱附速度等领域所具有的显著技术优势;研究hBN表面敷Pd的工艺过程;设计以Pd修饰hBN薄膜为反射膜的光纤F-P腔结构并研究其制备工艺。实验结果表明,所设计的传感器在氢气体积分数为0.02%~0.5%时的检测灵敏度为0.58 pm/10^(-6),对体积分数为0.1%的氢气的响应时间为60 s,且具有重复性好等特点。该传感器结构紧凑、耐腐蚀,在电力变压器油中氢气检测等方面具有潜在的技术优势。

关键词：传感器氢气体积分数氮化硼 Fabry-Perot干涉在线测量