氮化硼納米片增強聚乙烯熱界面材料

來源|Polymer

01背景介紹

隨著現(xiàn)代社會消費者對便攜式電子設(shè)備的需求不斷增加，電子設(shè)備向著更小、更輕、多功能的方向發(fā)展。因此電子元件的高度集成度導致電子電路中單個元件產(chǎn)生的熱量越來越多，散熱問題面臨一系列挑戰(zhàn)。在實際工作狀態(tài)下，如果廢熱不能及時排除，集中的高溫會對電子電路中的元器件造成重大損壞，是造成器件故障的主要原因，對電子產(chǎn)品的耐用性產(chǎn)生不利影響。

熱界面材料(TIMs)是有效轉(zhuǎn)移或去除電子器件廢熱以避免器件因工作在過熱條件下而發(fā)生故障的重要和不可或缺的材料。然而，為了填充散熱器與TIM接觸面之間的細小氣隙，需要在高壓下進行壓縮過程，這可能會破壞電子電路的組件，無法完全填充大的氣隙。

熱熔膠(HMA)由于其能夠與大多數(shù)材料快速而牢固地結(jié)合，并且與其他TIMs相比易于操作，近年來作為解決上述問題的材料而引起了人們的關(guān)注。此外，在融化過程中，HMA具有高流動特性，可以充分填充散熱片接觸面存在的氣隙，提高傳熱效率，這是一個優(yōu)勢，可以大大提高器件的性能和耐用性。

低密度聚乙烯(LDPE)因其優(yōu)異的絕緣性能、較高的機械強度和良好的循環(huán)利用性能，是目前極具吸引力的HMA型TIMs聚合物基體之一。然而，盡管其具有優(yōu)良的機械和化學性能，以及方便的操作過程，但其低的通平面導熱系數(shù)和較差的形狀穩(wěn)定性阻礙了其作為TIM的實際應用可能性。

因此，許多研究開發(fā)了LDPE與六方氮化硼納米片(BNNS)相結(jié)合的高導熱復合材料，以在熔體粘附過程中實現(xiàn)高導熱和形狀穩(wěn)定。然而，較強的化學鍵和強的范德華力會導致BNNS與LDPE的相容性較低，從而導致BNNS與LDPE界面處的相分離和重新聚集。因此，由于這些問題引起的熱阻增加，這可能會大大降低制備好的BNNS/LDPE復合材料的熱導率。如何解決BNNS與LDPE界面熱阻的問題是合成TIMs材料的關(guān)鍵問題。

02成果掠影

韓國的Joong Hee Lee教授 和Ok-Kyung Park教授聯(lián)合在關(guān)于BNNS/LDPE聚合物復合材料的界面熱阻問題方向取得新進展。

該團隊

報道

了一種有效的合成方法，通過與短PE鏈支化氮化硼納米片(BNNS)雜化制備低密度聚乙烯(LDPE)基多功能復合材料，用于高性能熱熔膠(HMA)型熱界面材料(TIM)。為了提高BNNS/LDPE的熱力學性能，通過硝基偶聯(lián)反應，對BNNS表面進行了短PE鏈(PE-g-BNNS)的改性，提高了BNNS與LDPE之間的界面結(jié)合力。結(jié)果表明，與BNNS/LDPE相比，PE-g-BNNS /LDPE的平面導熱系數(shù)提高了22%，垂直面內(nèi)導熱系數(shù)提高了66%。與純LDPE相比，其熱輻射性能也提高了約11%。此外，與純LDPE相比，PE-g-BNNNS /LDPE的抗拉強度提高了66%，模量提高了350%，表明PE-g-BNNNS /LDPE可以作為TIM來滿足高科技電子器件的應用要求。

研究成果以“Boron nitride nanosheet reinforced polyethylene nanocomposite film for high-performance hot-melt adhesive type thermal interfacial material”為題發(fā)表于《Polymer》。

03圖文導讀

圖1. 膜材料制備工藝示意圖。

圖2. 材料的結(jié)構(gòu)以及物理特性。

圖3. PE-g-BNNS的XPS能譜圖。

圖4.BNNS和PE–g–BNNS微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5. 復合材料的機械性能和導熱系數(shù)。

圖6. 復合材料的熱管理性能和截面結(jié)構(gòu)示意圖。

審核編輯：湯梓紅