一种氮化硼-银/环氧树脂复合材料及其制备方法和应用技术

技术编号:20037234 阅读:24 留言:0更新日期:2019-01-09 01:15
本发明专利技术涉及一种氮化硼‑银/环氧树脂复合材料及其制备方法和应用,所述复合材料包括氮化硼‑银杂化填料和环氧树脂,所述氮化硼‑银杂化填料由氮化硼纳米片和银纳米颗粒构成。本发明专利技术的所述复合材料通过将氮化硼纳米片和银源在有机溶剂中混合均匀,在还原剂作用下进行还原反应得到氮化硼‑银杂化填料,然后将其与环氧树脂混合均匀,热压处理得到所述复合材料。本发明专利技术的氮化硼‑银/环氧树脂复合材料降低了氮化硼纳米片之间的界面热阻,实现了复合材料的高导热系数,并实现了复合材料的高机械强度。

A boron nitride-silver/epoxy resin composite and its preparation method and Application

The invention relates to a boron nitride silver/epoxy resin composite material and its preparation method and application. The composite material includes boron nitride silver hybrid filler and epoxy resin. The boron nitride silver hybrid filler is composed of boron nitride nanosheets and silver nanoparticles. The composite material of the present invention is uniformly mixed with boron nitride nanosheets and silver sources in organic solvents, and the boron nitride-silver hybrid filler is obtained by reducing reaction under the action of reducing agent, then it is evenly mixed with epoxy resin, and the composite material is obtained by hot pressing treatment. The boron nitride silver/epoxy resin composite reduces the interfacial thermal resistance between the boron nitride nanosheets, realizes the high thermal conductivity of the composite material, and realizes the high mechanical strength of the composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硼-银/环氧树脂复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于功能材料
,涉及一种树脂复合材料及其制备方法和应用,尤其涉及一种氮化硼-银/环氧树脂复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着电子科学技术的飞速发展,电子产品和电子元器件逐渐走向微型化、轻薄化,由此导致的工作热量快速积累会对电子器件的使用寿命产生不利影响,因此,提高材料的散热性能成为延长其使用寿命的关键因素。高分子材料因其优良的加工性能、耐腐蚀性能、电绝缘性以及成本优势被广泛应用于热界面材料,其中环氧树脂因其收缩率低、粘结性和浸润性好等优势被应用得最为广泛。但高分子材料往往是热的不良导体,因为其分子链中一般不存在传导热能的自由电子和离子,其结晶的不完整性,也限制了热能的传导。比如环氧树脂,其导热系数通常只有0.1~0.5W·m-1·K-1,即使是导热性最好的高密度聚乙烯,其导热率也仅为0.44W·m-1·K-1,而目前提高高分子材料导热性能最便捷有效的方式是对高分子材料进行复合导热改性。六方氮化硼(简称h-BN),六方晶型结构,二维材料,和石墨有着很相似的结构,又有“白色石墨”之称,具有优异的导热和绝缘性质,常被作为导热填料,其导热系数可达到185~360W·m-1·K-1,但由于其与高分子材料的相容性差,界面热阻大等缺点使该复合材料的应用受到了一定的限制,因此,如何提高氮化硼复合材料的导热性并保持绝缘性仍是一项重大挑战。CN106009530A公开了一种氮化硼-银杂化粒子/环氧树脂复合材料及其制备方法,纳米级的银在复合材料热固化过程中通过熔融实现氮化硼之间的相互连接,有效降低了氮化硼之间的界面热阻,但该复合材料的导热系数依旧比较低,为0.5~4W·m-1·K-1。CN105462174A公开了一种镀银氮化硼/膨胀石墨/环氧树脂复合材料及其制备方法,其先将氮化硼通过化学镀银的方法镀上一层银层,再将二者与环氧树脂在固化剂和促进剂的作用下进行固化反应,使其均匀地分散于环氧树脂基体,制得的复合材料导热性仅有小程度的提高,当环氧树脂、镀银氮化硼、膨胀石墨的配比为10:2:1时材料的导热系数为1.8W·m-1·K-1。CN104497477A公开了一种导热复合材料及其制备方法,通过将无机粒子和银纳米线复合,使其均匀分散于环氧树脂中并混合固化,形成了导热性能改善的复合材料,当无机粒子和银纳米线的质量分数分别为8%和2%时,材料的导热系数为0.8W·m-1·K-1;分别为8%和4%时,导热系数为1.1W·m-1·K-1,导热系数依旧比较低。通过上述文献可以发现,公开的技术方案虽在一定程度上改善了复合材料的导热性能,但其导热系数均未超过4W·m-1·K-1,在应用上依然有较大的限制,因此,开发出一种能较大程度提高导热性的复合材料及其制备方法是很有必要的。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题,本专利技术的目的在于提供一种树脂复合材料及其制备方法和应用,尤其提供一种氮化硼-银/环氧树脂复合材料及其制备方法和应用,该树脂复合材料具有高的导热系数。为达到此专利技术目的,本专利技术采用以下技术方案:一方面,本专利技术提供一种树脂复合材料,所述树脂复合材料包括氮化硼-银杂化填料和环氧树脂,所述氮化硼-银杂化填料由氮化硼纳米片和银纳米颗粒构成。在本专利技术中,利用如上所述的氮化硼-银杂化填料和环氧树脂得到的树脂复合材料中所述氮化硼-银杂化填料水平排布,所述氮化硼-银杂化填料还包括附着在氮化硼纳米片表面上的银纳米颗粒,银颗粒可促进热量在所述氮化硼纳米片之间的传递,环氧树脂将叠层相邻的两层氮化硼-银杂化填料相阻隔。在本专利技术中,所述树脂复合材料的导热系数为2.7W·m-1·K-1~23.1W·m-1·K-1,例如2.7W·m-1·K-1、3.2W·m-1·K-1、4W·m-1·K-1、5.4W·m-1·K-1、6W·m-1·K-1、6.5W·m-1·K-1、8W·m-1·K-1、8.3W·m-1·K-1、8.8W·m-1·K-1、9W·m-1·K-1、9.5W·m-1·K-1、10W·m-1·K-1、13W·m-1·K-1、15W·m-1·K-1、18W·m-1·K-1、20W·m-1·K-1、21W·m-1·K-1、22W·m-1·K-1、22.5W·m-1·K-1或23.1W·m-1·K-1,优选8W·m-1·K-1~23.1W·m-1·K-1,进一步优选15W·m-1·K-1~23.1W·m-1·K-1。优选地,所述树脂复合材料的厚度为200μm~500μm,例如,200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm。在本专利技术中,树脂复合材料的厚度太小难以保证厚度的均一性,而材料的热阻与其厚度成正比,厚度太大使得材料的热阻也会相应增大,这对于热量的传递是不利的,只有使材料的厚度在200μm~500μm范围内,既能保证材料厚度的均一性,也能保证其对热量的有效传递。优选地,所述氮化硼-银杂化填料与环氧树脂的质量比为1:9~6:4,例如,1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4,优选5:5~6:4。在本专利技术中,氮化硼-银杂化填料太少时难以使体系内部形成连续的传热网络,而填料太多时体系粘度太大难以混合均匀,只有使氮化硼-银杂化填料与环氧树脂的质量比为1:9~6:4,既能保证体系内部形成连续的传热网络,也能保证体系能够混合均匀。优选地,在所述氮化硼-银杂化填料中,银纳米颗粒的质量分数为1.3%~1.8%,例如,1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%。在本专利技术中,若银纳米颗粒占氮化硼-银杂化填料的质量分数太少,则难以提高氮化硼纳米片间的热量传递,不利于热导率的提高,且银的饱和负载率接近1.8%,只有当银纳米颗粒占氮化硼-银杂化填料的质量分数在1.3%~1.8%范围时,既能提高氮化硼纳米片间的热量传递,也能保证不超过银的饱和负载率。优选地,所述氮化硼纳米片的侧向尺寸为2μm~18μm,例如,2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm。在本专利技术中,所述银纳米颗粒的粒径小于等于50nm,例如,5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm。在本专利技术中,所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂或脂环族环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合,优选地,所述环氧树脂为E-54和/或ER4221。另一方面,本专利技术还提供一种如上所述的树脂复合材料的制备方法,包括以下步骤:(1)将氮化硼纳米片和银源在有机溶剂中混合均匀,在还原剂作用下进行还原反应得到氮化硼-银杂化填料;(2)将所述氮化硼-银杂化填料与环氧树脂混合均匀,热压处理得到所述树脂复合材料。在本专利技术的制备方法中,步骤(1)将氮化硼纳米片和银源在有机溶剂中混合均匀,在还原剂作用下,银源中的银离子被还原得到银纳米颗粒,得到氮化硼-银杂化填料。优选地,步骤(1)所述将氮化硼纳米片和银源在有机溶剂中混合的方法为:将氮化硼粉末加入至有机溶剂中,分散均匀后得到氮化硼纳米片溶液,而后在搅拌下加入银源,混合均匀。优选地,采用超声分散将氮化硼粉末在有机溶剂中分散均匀。优选地,所述超声分散时的超声功率为0.5~3Kw,例如,0.5K本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种树脂复合材料,其特征在于,所述树脂复合材料包括氮化硼‑银杂化填料和环氧树脂,所述氮化硼‑银杂化填料由氮化硼纳米片和银纳米颗粒构成。

【技术特征摘要】
1.一种树脂复合材料,其特征在于,所述树脂复合材料包括氮化硼-银杂化填料和环氧树脂,所述氮化硼-银杂化填料由氮化硼纳米片和银纳米颗粒构成。2.如权利要求1所述的树脂复合材料,其特征在于,所述树脂复合材料的导热系数为2.7W·m-1·K-1~23.1W·m-1·K-1,优选8W·m-1·K-1~23.1W·m-1·K-1,进一步优选15W·m-1·K-1~23.1W·m-1·K-1。3.如权利要求1或2所述的树脂复合材料,其特征在于,所述树脂复合材料的厚度为200μm~500μm。4.如权利要求1-3中任一项所述的树脂复合材料,其特征在于,所述氮化硼-银杂化填料与环氧树脂的质量比为1:9~6:4,优选5:5~6:4;优选地,在所述氮化硼-银杂化填料中,银纳米颗粒的质量分数为1.3%~1.8%;优选地,所述氮化硼纳米片的侧向尺寸为2μm~18μm;优选地,所述银纳米颗粒的粒径小于等于50nm。5.如权利要求1-4中任一项所述的树脂复合材料,其特征在于,所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂或脂环族环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合;优选地,所述环氧树脂为E-54和/或ER-4221。6.一种如权利要求1-5中任一项所述树脂复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将氮化硼纳米片和银源在有机溶剂中混合均匀,在还原剂作用下进行还原反应得到氮化硼-银杂化填料;(2)将所述氮化硼-银杂化填料与环氧树脂混合均匀,热压处理得到所述树脂复合材料。7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺;优选地,步骤(1)所述银源为硝酸银;优选地,步骤(1)所述银源在有机溶剂中的浓度为0.4g/mL~1g/mL。8.如权利要求6或7所述的制备方法,其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙蓉孙佳佳曾小亮胡建滔黄云
申请(专利权)人:中国科学院深圳先进技术研究院
类型:发明
国别省市:广东,44

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