【摘要】：電子元器件和電路逐步向著高精度、高集成方向發(fā)展,需要經(jīng)常在高頻、高功率條件下的工作,使得電子設(shè)備的功率密度迅速增加,不僅要求電子封裝材料具有良好的絕緣性,還要求其具有高效的散熱能力。高分子材料因其具有絕緣性好、耐化學(xué)腐蝕、重量輕、加工方便、力學(xué)性能好、抗疲勞性能好等優(yōu)異的性質(zhì),在電子封裝領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。但由于純高分子材料導(dǎo)熱性能差,限制了其在電子封裝和器件散熱等領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。因此,制備高性能、高可靠的導(dǎo)熱絕緣材料對(duì)于急速發(fā)展的電子工業(yè)來說刻不容緩。目前,在基體中添加高導(dǎo)熱系數(shù)的無機(jī)填料,是提高高分子材料導(dǎo)熱性能的有效途徑。氮化硼是具有極端性能的無機(jī)非金屬材料,其導(dǎo)熱系數(shù)很高,絕緣性極佳,正是無機(jī)填料的最佳候選之一�；诖�,本論文以工業(yè)應(yīng)用廣泛的環(huán)氧樹脂(EP)為基體,以六方氮化硼(h-BN)和立方氮化硼(c-BN)為導(dǎo)熱填料,制備了新型的高導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料,并對(duì)其熱學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。首先,采用硅烷偶聯(lián)劑分別對(duì)h-BN和c-BN進(jìn)行表面修飾改性,提高了h-BN和c-BN在EP中的分散性,分別制備了基于h-BN和c-BN的EP復(fù)合材料,研究了其內(nèi)部的斷裂形貌和導(dǎo)熱性能。發(fā)現(xiàn)h-BN經(jīng)表面改性后,h-BN能夠與基體很好的結(jié)合,減小熱阻,提高材料的導(dǎo)熱性能。其次,采用不同粒徑、不同形狀的h-BN和c-BN對(duì)EP進(jìn)行雙填料添加,制備了h-BN/c-BN/EP復(fù)合材料,通過對(duì)其內(nèi)部的斷裂形貌和導(dǎo)熱性能的研究,探討了雙填料添加對(duì)復(fù)合材料熱學(xué)性能影響的協(xié)同雜化效應(yīng)。在導(dǎo)熱填料總填充量都為6 vol%時(shí),c-BN/EP、h-BN/EP和h-BN/c-BN/EP復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)與原始環(huán)氧樹脂相比,分別提高了47.84%、82.8%和116.14%,h-BN/c-BN/EP復(fù)合材料的熱導(dǎo)率最高,其中h-BN含量為4 vol%,c-BN含量為2 vol%。當(dāng)確定總添加量時(shí),雙組分添加比單獨(dú)添加其中一種導(dǎo)熱填料效果要好,這表明,h-BN與c-BN在基體內(nèi)部隨機(jī)分布對(duì)于構(gòu)筑導(dǎo)熱通道時(shí)二者具有協(xié)同效應(yīng)。最后,采用金納米顆粒(Au NPs)復(fù)合后的h-BN作為導(dǎo)熱填料,與c-BN共同對(duì)EP進(jìn)行雙填料添加,以期進(jìn)一步提高復(fù)合材料的熱學(xué)性能。制備了Au NPs/h-BN復(fù)合物及Au NPs增強(qiáng)型的h-BN/c-BN/EP復(fù)合材料,利用TEM對(duì)Au NPs改性h-BN復(fù)合物進(jìn)行分析,對(duì)制備的EP復(fù)合材料的內(nèi)部斷裂形貌、熱學(xué)性能及電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了分析。Au NPs的加入使3 vol%h-BN/6 vol%c-BN/EP復(fù)合材料導(dǎo)熱率從166%提高到237%,Au NPs在h-BN/c-BN雙填料之間承擔(dān)著的導(dǎo)熱橋梁作用,降低填料間的界面熱阻,在提高復(fù)合材料導(dǎo)熱率的同時(shí),也保持了良好的絕緣性能。
【圖文】：

1.1 復(fù)合材料填充示意圖，粒徑大小關(guān)系（a）AlN>BN（b）AlN<BN（AlN=BN導(dǎo)熱填料的形狀料的形狀也是影響導(dǎo)熱材料熱學(xué)性能的因素之一。常見的導(dǎo)熱填料主要、片狀、纖維狀等形態(tài)，當(dāng)導(dǎo)熱填料具有高比表面積和長(zhǎng)徑比時(shí)，在基易形成聲子導(dǎo)熱通道，有利于復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的提高。Wang 等[36]研料在基體內(nèi)隨機(jī)分布時(shí)，填料形狀對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響，人工設(shè)狀的填料形狀及其參數(shù)如表 1.2 所示，得出結(jié)論，不同形狀填料制備的的導(dǎo)熱效果順序?yàn)椋弘p Y 形>Y 形>四 Y 形>I 形>T 形>矩形>橢圓形>菱形>方形≈球形。當(dāng)導(dǎo)熱填料形狀是雙 Y 形時(shí)，可以最有效的形成導(dǎo)熱通熱通道效果最差的填料是球形粒子填料。

體界面不易相容，并且無機(jī)填料在基體中十分容易團(tuán)聚，分散很差，這就導(dǎo)導(dǎo)熱填料在基體內(nèi)部很難有效的形成導(dǎo)熱通道。此外，填料粒子表面難以被基體潤(rùn)濕，兩者界面處會(huì)存在著較大空隙，這是由于無機(jī)填料粒子與基體之在表面張力的差異造成的，這嚴(yán)重增加了填料與基體之間的界面熱阻，阻斷量在基體內(nèi)部的有效傳遞。因此，對(duì)填料進(jìn)行表面處理就顯得十分重要。利聯(lián)劑對(duì)無機(jī)填料進(jìn)行表面改性是一種可行的方法[39, 40]。偶聯(lián)劑分子的兩端分填料表面的基團(tuán)和基體中的基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有助于改善填料和基體間的 結(jié) 合[41]。 硅 烷 偶 聯(lián) 劑 （ γ  氨 丙 基 三 乙 氧 基 硅 烷 ， 化 學(xué) 式 為CH2CH2CH2Si(OC2H5)3）是偶聯(lián)劑中的一種，其改性無機(jī)填料機(jī)理如圖 1，硅烷偶聯(lián)劑將無機(jī)顆粒的親水表面轉(zhuǎn)變成親有機(jī)表面，從而提高無機(jī)顆粒面親和性[42, 43]。經(jīng)表面處理后的填料可以與基體更加緊密的結(jié)合，減小界面，，提高聚合物基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN04

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本文編號(hào)：2603734