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鄒小姐：13326633089 -
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采用添加導熱(re)填(tian)料的(de)方式來提高(gao)高(gao)分子聚合(he)物基體(ti)的(de)導熱(re)性能，來解決新一(yi)代高(gao)功(gong)率、高(gao)度集成、體(ti)積更小的(de)電子產品(pin)器件的(de)散熱(re)問題，已經是主流(liu)的(de)常用方案。氮化硼（BN）是目前導熱最高的絕緣導熱材料，受限于高性能粉體的制備生產以及應用技術還不夠成熟，且價格偏高，目前市場還處于初期階段，但國內外關于氮化硼作為導熱填料的研究一直是備受關注的熱點。
氮化硼粉(fen)
復合型導熱(re)高分子(zi)材料的(de)導熱(re)機理(li)
目前，復合型(xing)導熱(re)高(gao)分子材料的(de)導熱(re)機理(li)主(zhu)要包括導熱(re)路徑理(li)論、導熱滲(shen)濾
理論(lun)和(he)熱彈性系數理論(lun)。
（1）導熱路徑理論
導熱(re)路徑(jing)理論是最重要且用途最廣(guang)的理論，其通(tong)(tong)過導熱(re)填料與聚合物(wu)基體的接觸來形成路徑(jing)。由于聚合物(wu)基體的巨大熱(re)阻，熱(re)流將沿著熱(re)阻最小的導熱(re)填料通(tong)(tong)道傳遞，即熱(re)流想方設(she)法(fa)從導(dao)熱(re)填料“搭的橋”通過。
熱傳(chuan)導填料在聚(ju)合物基體中的分布(bu)
導(dao)熱填料添加量較低(di)時，填料隨機(ji)分(fen)散在(zai)聚合物基質中（此(ci)時(shi)聚合(he)物基質為連續相(xiang)，而導熱(re)填料為分散相(xiang)，類(lei)似于海島狀結構），填料間很少相(xiang)互(hu)接(jie)觸(chu)和相(xiang)互(hu)重(zhong)疊，難以形成有效的導熱(re)通(tong)道和網絡。在這種情況下，填(tian)料間搭的“橋”不能互通，熱流根本走不通，也就只好還是從基體間通過，此時復合材料的熱導率跟基體的固有熱導率并無多大差別。
隨(sui)著進一步添加導(dao)熱填料(liao)，填料(liao)開始相互(hu)接觸，并且在聚(ju)合物復合材(cai)料(liao)中會形成更多的導(dao)熱鏈或網絡(luo)（聚(ju)合物基質(zhi)和填料(liao)都為連續相），導(dao)熱通路一通，這種情況下復合材(cai)料(liao)的熱導(dao)率(lv)就會明顯提升。
（2）導熱滲濾理論
這個理(li)論是(shi)源自導電聚合物(wu)的(de)滲(shen)濾現象，即在高分(fen)子樹脂(zhi)基體與(yu)導電填料(liao)之間有一個“滲濾閾值”，當導電填料的添加體積分數達到一個臨界值時，在滲透轉變點附近，聚合物復合材料的電導率急劇增加，增加了數百倍甚至數千倍。
但是(shi)研究表明，導(dao)(dao)熱(re)(re)復合材(cai)料的熱(re)(re)導(dao)(dao)率通常(chang)是(shi)隨著(zhu)導(dao)(dao)熱(re)(re)填(tian)料的增加而緩慢提升的，并不能完全適用，目前，滲(shen)濾行為僅在(zai)一些具有高導(dao)(dao)熱(re)(re)填(tian)料例如碳納米管（CNT）的填充(chong)的聚(ju)合物復合材料(liao)中發現。
碳納米管(guan)
（3）熱(re)彈性系(xi)數理論
通(tong)過分析各(ge)種無機物(wu)質(zhi)的熱特性(xing)，非(fei)金(jin)屬材料通常依靠聲子的傳動來傳遞(di)熱(re)量，因(yin)此復合材料導熱(re)率的變化與(yu)經典(dian)振動和(he)彈性(xing)力學(xue)中(zhong)的彈性(xing)系數和(he)模量非常相似。材料本身的(de)熱(re)導率(lv)越高，熱彈性系數和聲子傳遞效率越高，可(ke)以將材料(liao)熱導率的提(ti)高視為高導熱填(tian)料對聚合物基體的復合增強作用。
氮化硼的結(jie)構(gou)特點
氮(dan)化硼擁有類似石墨的(de)片層結構(gou)的(de)晶(jing)體(ti)，因此可以像石墨獲(huo)得單層石墨烯一樣獲(huo)得單層氮化(hua)硼或(huo)者是少(shao)層的氮化(hua)硼納米片(BNNSs)，單獨(du)的(de)h-BN基面可以等效為單層的石墨烯，在h-BN片層中，N原子和B原子通過強共價鍵連接，這點與石墨烯相似，與之不同的是這種共價鍵中還包含一些類似于離(li)子鍵的性質。
在實際的應用中，h-BN的(de)(de)(de)結(jie)構往(wang)往(wang)是(shi)存在(zai)著缺陷的(de)(de)(de)，這(zhe)些缺陷會(hui)嚴重影響到聲子的(de)(de)(de)傳播。研究(jiu)表明h-BN與石墨烯類似，薄(bo)而(er)寬的(de)(de)(de)結(jie)構往(wang)往(wang)晶格缺陷較(jiao)少，所以這(zhe)種的(de)(de)(de)氮化(hua)(hua)硼的(de)(de)(de)本征(zheng)導(dao)熱(re)率高，相反厚而(er)窄結(jie)構的(de)(de)(de)本征(zheng)導(dao)熱(re)率會(hui)低。另一方面，聲子在(zai)界面處會(hui)發生散射，這(zhe)種散射的(de)(de)(de)存在(zai)導(dao)致了聲子的(de)(de)(de)傳播被極大地阻礙(ai)。因(yin)此要想發揮h-BN的(de)(de)(de)高導(dao)熱(re)性能，首先要獲得片層(ceng)薄(bo)且大的(de)(de)(de)納米氮化(hua)(hua)硼片。
h-BN的結構
氮化硼(peng)/聚合物導熱復合(he)材料導熱性能的提(ti)升(sheng)
目前，制(zhi)備(bei)的高導(dao)熱 BN/聚合物復合材料按照填料分布狀態主要分為兩類：填料無規分布(bu)與(yu)填料三維（3D）排列分布。
（1）填料無規分布
填料(liao)(liao)無規分布(bu)通過共混(hun)、表(biao)面改(gai)性(xing)(xing)等(deng)方(fang)法提(ti)高復合材(cai)料(liao)(liao)的(de)熱導率。共混(hun)是通過較為(wei)簡單的(de)物理方(fang)法將幾種材(cai)料(liao)(liao)均勻(yun)混(hun)合成(cheng)型，并(bing)由此提(ti)高或者改(gai)變材(cai)料(liao)(liao)性(xing)(xing)能(neng)。材(cai)料(liao)(liao)的(de)表(biao)面改(gai)性(xing)(xing)可以實(shi)現材(cai)料(liao)(liao)的(de)新的(de)性(xing)(xing)能(neng)及新的(de)應用，與石墨烯相比(bi)，h-BN缺乏有效的化學活性位點，這使得h-BN的(de)表面改性更加困(kun)難，目前(qian)的(de)研(yan)究最為代表性的(de)兩種就是共(gong)(gong)價修(xiu)飾及非共(gong)(gong)價修(xiu)飾，比(bi)如引入一些擁有(you)特(te)殊性質的(de)官能團。
詳細內容(rong)可見以下文章：怎(zen)樣才能(neng)做好六方氮化硼納米片？
（2）填料三維（3D）排列分布
近些(xie)年來的研究(jiu)熱點(dian)與難點(dian)主(zhu)要集中在有(you)3D骨架結構的導熱復合材料上。減少填料和高分子基體之間的界面數量，降低界面熱阻，是提高導熱率的關鍵，有序的3D結構不僅可以實現減少界面數量，還可以充當導熱通路，使得大部分能量沿著導熱骨架傳遞，低含量的導熱填料的復合材料也能夠夠獲得較高的導熱率。
構(gou)建3D骨架的常見方法主要有模板法，更(geng)多內容可見以下文章：三(san)維(wei)氮(dan)化(hua)硼(peng)作為(wei)導熱(re)填料(liao)，效果更(geng)突出！
今天(tian)我們將要介紹(shao)的是磁取向法(fa)。
受到(dao)磁性(xing)材料(liao)在磁場中可以定向排列(lie)的(de)啟發(fa)，科研(yan)人員使(shi)用磁性納(na)米(mi)顆(ke)粒吸附到(dao)h-BN表面，通過外加磁場使得h-BN取向，得到高順向3D結構。
制備磁化h-BN及(ji)其在外加磁場作(zuo)用下取向(xiang)(xiang)制備各向(xiang)(xiang)異性復合材(cai)料過程(cheng)示意圖
首先(xian)要合成(cheng)磁(ci)性(xing)納(na)米粒(li)子，例如，在水溶(rong)液中，最有效簡單的化(hua)學(xue)合成(cheng)磁(ci)性(xing)納(na)米粒(li)子Fe3O4的途(tu)徑(jing)是化學共沉淀法，進行(xing)沉淀反(fan)應(ying)后，析出不溶性物質(zhi)，反(fan)復洗滌并脫水(shui)得到所需的Fe3O4磁(ci)性納米粒子。通過(guo)修飾氮(dan)化(hua)硼(peng)表面，使得氮(dan)化(hua)硼(peng)作為(wei)強聚電解質，在整(zheng)個pH范圍內保持負電荷，合成后的磁性 Fe3O4 納米顆粒主要吸附在經過處理的氮化硼表面上，使氮化硼達到磁化效果。
氮(dan)化硼片數越多，磁化效果越好，主(zhu)要時(shi)因為(wei)BNNSs具(ju)有更(geng)大(da)的表面積，在(zai)混合溶液中能更(geng)加均勻(yun)的分(fen)散，利(li)于表面均勻(yun)的磁化(hua)。
法向(xiang)方向(xiang)上(shang)磁(ci)場作(zuo)用(yong)示意(yi)圖及不同磁(ci)場強度作(zuo)用(yong)下復合材料取向(xiang)形貌
這種方法的(de)(de)一大優勢(shi)是，根據磁(ci)場強度不(bu)(bu)同(tong)(tong)，填料(liao)呈(cheng)現出取向排列(lie)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)性質，可(ke)以影響導(dao)熱通路(lu)的(de)(de)設計(ji)。通過改變磁(ci)場的(de)(de)強度、形狀、時(shi)間，得到多種變化的(de)(de)導(dao)熱復(fu)合材料(liao)，來(lai)(lai)滿足復(fu)雜(za)制(zhi)件的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)熱管理需求，對于散熱需求越來(lai)(lai)越復(fu)雜(za)的(de)(de)電(dian)子領域(yu)，可(ke)以實(shi)現更加(jia)精(jing)細(xi)控制(zhi)的(de)(de)熱管理，具有巨大的(de)(de)應用(yong)價值。
參考來(lai)源：
磁調控制備(bei)熱管理氮化硼(peng)/高分子復合材料，鄺鳳霞（鄭(zheng)州大學）。
粉體(ti)圈(quan)小吉
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