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一种六方层状氮化硼的边缘羟基化改性方法

该方法对六方氮化硼进行不伤及表面结构的改性,提高了它在溶剂中的分散能力以及与聚合物的相容性,对于它的后续应用具有关键性的积极影响。
绝缘导热 氮化硼 边缘羟基化 分散 相互作用
  • 合作方式:技术入股、技术转让、技术实施、委托开发
  • 合作价格:面议
  • 专利资质:国家认证
  • 交付形式:一站式服务
  • 应用领域:电子器件绝缘散热领域
方案详情
01技术详述

一、技术背景:

    电子信息技术的快速发展使电子器件的散热问题变得日益严重,氮化硼纳米片(BNNS)作为一种填料由于其优异的绝缘导热能力,在微电子和电子器件散热,特别是对材料具有严格的绝缘性能要求的领域显示出了更加光明的应用前景。但是BNNS本身在聚合物基体内分散较差,与聚合物界面的的相互作用也很弱,限制了复合材料尤其是薄膜材料导热系数的有效提升。而对BNNS进行表面改性,有利于提升其与聚合物基的界面相互作用、改善BNNS在薄膜基体内部的分散和取向,有望提升薄膜复合材料的面内方向导热系数。

二、技术原理:

    对BNNS进行表面改性的方式多种多样,比如可以加入一些辅助试剂(表面活性剂、偶联剂),但是在复合材料内它们常扮演着热绝缘材料,阻碍了导热填料之间的有效搭接,导致导热性能提升有限。相比于用辅助分散材料进行表面改性,通过在BNNS上引入合适的化学官能团更加直接和简单,而且这种方式不会引入任何热绝缘的物质,同时还能有效改善BNNS的相容性。这种方法的关键点是如何在接枝上所需的化学官能团的同时使BNNS拥有完好的六方晶型结构。如果化学反应主要是发生在二维导热纳米材料的平面内,这将不可避免的对其共轭结构造成破坏,从而在面内产生无数的缺陷,大大降低材料的实际导热性能。对于二维纳米材料,其边缘的化学键相比于面内相对活泼,在合适的溶剂中球磨过程中产生的力化学作用可以在二维纳米材料的边缘引入所需官能团,基于这种改性方式制备的材料在提升BNNS分散能力相容性的同时,还避免引入晶格缺陷引起BNNS上的声子散射,使BNNS的分散性、取向度、界面相互作用得到了明显的改善,薄膜面内方向的导热系数发生了非常显著的提升。


02技术优势

本技术优势如下:

1、边缘羟基化改性后的BNNS能保持原来的二维片层结构;

2、能够提高BNNS溶剂中的分散能力;

3、能够增强BNNS与聚合物基体的相互作用力;

4、能在保持BNNS面内完好的六方晶型结构下,提升薄膜内方向的导热系数。

03效果指标

本方法的技术指标:

1、红外测试:球磨改性之后,在3400cm-1左右出现了明显的羟基峰,证明了球磨改性确实能够得到羟基化的六方氮化硼纳米片

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图1 红外光谱图


2、XPS测试:球磨(羟基化改性)过后的材料存在有B-O峰,证明羟基是以化学键的形式接枝在六方氮化硼的B原子上的。

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图2 XPS测试图


3、球磨前后BNNS统计片层大小图:球磨前后BNNS的横向尺寸和厚度均没有发生较大的变化,说明这种球磨改性方式不会对氮化硼纳米片原始的二维结构造成破坏,条件相对比较温和。

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图3 球磨前后BNNS的横向尺寸和厚度图


4、球磨前后BNNS水接触角:球磨改性后的BNNS亲水性更好,能够更稳定地分散在水等极性溶剂中。

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图4 水接触角测试

04应用领域

解决电子、通讯、新能源、航空航天等设备发热的问题,尤其是在半导体封装、高密度电池、LED照明等方面的散热问题

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