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耐高温高导热绝缘氮化硼粉体的不同类型特性

信息来源:本站 | 发布日期: 2023-08-28 15:16:13 | 浏览量:219881

摘要:

从4G时代进入5G时代,智能手机芯片性能、数据传输速率、射频模组等都有着巨大提升,无线充电、NFC等功能逐渐成为标配,手机散热压力持续增长。5G手机散热的主流方案,高导热材料、并加速向超薄化、结构简单化和低成本方向发展,技术迭代正在加速进行。据统计,电子器件因…

从4G时代进入5G时代,智能手机芯片性能、数据传输速率、射频模组等都有着巨大提升,无线充电、NFC等功能逐渐成为标配,手机散热压力持续增长。5G手机散热的主流方案,高导热材料、并加速向超薄化、结构简单化和低成本方向发展,技术迭代正在加速进行。

据统计,电子器件因热集中引起的材料失效占总失效率的65-80%。为避免过热带来的器件失效,导热硅脂、导热凝胶、石墨导热片、热管和均热板(VC)等技术相继出现、持续演进,散热管理已经成为5G时代电子器件的“硬需求”。

氮化硼六方晶系结晶,常见为石墨晶格,也有无定形变体, 氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮,除了六方晶型(六方氮化硼h-BN)以外,氮化硼还有其他晶型,包括:菱方氮化硼(r-BN)、立方氮化硼(c-BN)、纤锌矿型氮化硼(w-BN)。人们甚至还发现像石墨稀一样的二维氮化硼晶体。

六方片状氮化硼粉体电镜图DCB-F系列5-30微米

通常制得的氮化硼是石墨型结构,俗称为白色石墨。另一种是金刚石型,和石墨转变为金刚石的原理类似,石墨型氮化硼在高温(1800℃)、高压(8000Mpa)[5~18GPa]下可转变为金刚型氮化硼。是新型耐高温的超硬材料,用于制作钻头、磨具和切割工具。

物质特性:

氮化硼具有抗化学侵蚀性质,不被无机酸和水侵蚀。在热浓碱中硼氮键被断开。1200℃以上开始在空气中氧化。真空时约2700℃开始分解。微溶于热酸,不溶于冷水,相对密度2.29。压缩强度为170MPa。在氧化气氛下使用温度为900℃,而在非活性还原气氛下可达2800℃,但在常温下润滑性能较差。氮化硼的大部分性能比碳素材料更优。对于六方氮化硼:摩擦系数很低、高温稳定性很好、耐热震性很好、强度很高、导热系数很高、膨胀系数较低、电阻率很大、耐腐蚀、可透微波或透红外线。

但是 h-BN 的疏水特性使其在聚合物基体中的分散性较差,很容易发生填料团聚的现象,造成严重的声子散射,影响热量的有序传输。如何提升 h-BN 在聚合物基体中的分散性是解决这一问题的有效方法。

当聚合物基体中引入h-BN 填料时,由于复合体系内接触界面增多且填料间易发生团聚,造成了复合体系内部界面热阻较大,不利于导热性能的有效提升。为了解决这一问题,改善填料在聚合物基体中的分散性尤为关键。

层内共价相连的方式使得 h-BN表面的活性自由基较少,很难与聚合物基体结合,极易发生团聚现象,影响导热性能的提升。通过对 h-BN 进行表面改性,提升其与聚合物基体之间的界面相互作用,不仅解决了填料与基体之间分散性较差的问题,同时还能降低填料与基体之间的界面热阻。


物质结构:

六方氮化硼(h-BN)这种二维结构材料,又名白石墨烯,看上去像的石墨烯材料一样,仅有一个原子厚度。但是两者很大的区别是六方氮化硼是一种天然绝缘体而石墨烯是一种完美的导体。与石墨烯不同的是,h-BN的导热性能很好,可以量化为声子形式(从技术层面上讲,一个声子即是一组原子中的一个准粒子)。有材料专家说道:“使用氮化硼去控制热流看上去很值得深入研究。我们希望所有的电子器件都可以尽可能快速有效地散射。而其中的缺点之一,尤其是在对于组装在基底上的层状材料来说,热量在其中某个方向上沿着传导平面散失很快,而层之间散热效果不好,多层堆积的石墨烯即是如此。”与石墨中的六角碳网相似,六方氮化硼中氮和硼也组成六角网状层面,互相重叠,构成晶体。晶体与石墨相似,具有反磁性及很高的异向性,晶体参数两者也颇为相近。

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