氮化硼：先进热管理材料离不开的您

电子元器件的高集成特别需要散热好的材料，非常耀眼的聚合物导热添加剂，氮化硼被认为是最理想的一种。然而，提高聚合物和氮化硼填充复合材料的导热性能，遇到两方面的障碍。一是填充剂和基体之间以及填充剂和填充剂之间界面间的阻碍；二是填充剂不能在基体内良好分散，不仅不能有效改善导热还降低了基体的力学性能。中科院深圳技术研究院和香港中文大学联合署名，在Composites Communications 24 (2021) 100650发表文章，文章提出“构筑三维网络结构提高聚合物/氮化硼导热性能”研究方案。

①导热机理。

两种导热形式（声子导热和电子导热）中，聚合物主要表现为声子导热。解释聚合物/氮化硼填充复合材料导热的两种理论：一个是导热路径理论“The thermally conductive pathway theory”；二是逾渗理论“ The thermal percolation theory”。

②影响聚合物复合材料导热的因素。

聚合物基体、填料以及它们之间的界面。基体方面有结晶度、分子链的取向、分子间作用力、聚合物加工参数、等等；填料本体导热特性、添加量、粒度、分散性、取向；等等；界面之间的化学极性及分子间作用力。

③聚合物/氮化硼导热复合材料加工。

作者提出构筑三维网络的加工方法对提高复合材料的导热性能非常有效。这几种方法分别是：

A. 热压。 

热压制备的聚苯乙烯/聚丙烯/氮化硼三元复合材料热导率在氮化硼含量为50 wt %时达到5.57 W/(m∙K) 。

氮化硼经偶联剂改性，热压制备的聚合物/氮化硼/氮化铝三元复合材料热导率在氮化硼和氮化铝含量为40 wt %时达到2.60 W/(m∙K) 。

B. 真快辅助过滤。

采用真空辅助过滤制备的木质素聚合物/氮化硼/天然橡胶三元复合材料热导率在氮化硼含量为25 wt %时达到1.17 W/(m∙K) 。

依照珍珠形态，采用真空辅助过滤制备的聚乙烯醇/氮化硼复合材料热导率在氮化硼含量为6 wt %时达到6.90 W/(m∙K) 。

C. 模板自组装。

采用模板自组装制备的木质素聚合物/氮化硼复合材料热导率在氮化硼纳米片含量为9.29 wt %时达到2.85 W/(m∙K) 。

采用模板自组装制备的环氧树脂聚合物/氮化硼复合材料热导率在氮化硼纳米片含量为34 wt %时达到4.42 W/(m∙K) 。

采用模板自组装制备的环氧树脂/聚二氟乙烯/氮化硼复合材料热导率在氮化硼纳米片含量为21 wt %时达到1.47 W/(m∙K) 。

采用3D打印获得了热导率最高的聚合物/氮化硼复合材料。制备的聚合物氮化硼复合材料热导率在氮化硼纳米片含量为60 wt %时达到9.0 W/(m∙K) 。