氮化硼膜及其制备方法、包含其的氮化硼复合膜、热界面材料和应用技术

本发明专利技术提供了一种氮化硼膜及其制备方法、包含其的氮化硼复合膜、热界面材料和应用，所述氮化硼膜由二维氮化硼纳米片组成，具有平面取向。本发明专利技术的热界面材料具有较高的导热性能以及优异的机械性能。以及优异的机械性能。以及优异的机械性能。

【技术实现步骤摘要】
氮化硼膜及其制备方法、包含其的氮化硼复合膜、热界面材料和应用


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及一种氮化硼膜及其制备方法、包含其的氮化硼复合膜、热界面材料和应用。

技术介绍

[0002]热界面材料以填充空气间隙的方式连接热源与热沉，保证电子设备在工作时产生的热量能够有效地从热源转移于热沉上以达到散热效果，在电子工业中扮演着重要的角色。传统的热界面材料主要是指一些高分子基体填充以高导热陶瓷颗粒，如氮化铝、氧化铝等；热导率大多为1-5W/mK。但是随着电子工业的快速发展，传统的热界面材料已经难以满足随之提升的功率密度带来的散热问题。
[0003]氮化硼由于其极高的热导率以及高电阻率，也成为了一种常见的热界面材料，现已被广泛用于解决电子器件的散热问题。对于热界面材料，传统的应用方式是将氮化硼直接共混与高分子基体以达到导热增强的效果。然而，所得到的热界面材料的热导率难以超过10W/mK，这种大相径庭的表现与氮化硼超高的本征热导率不符。这主要是因为像氮化硼纳米片和氮化硼纳米管这类低维材料的热导率是各向异性的，而传统的共混方式仅仅是这些各向异性填料随机分布于基体中，导致没有很好的利用这种各向异性特性。为了提高这种各向异性导热率的利用率，目前以氮化硼作为增强相来提高热界面材料的导热性能主要集中于构筑平面取向结构以达到较高的平面热导率。
[0004]目前构筑氮化硼平面取向结构的方式主要有真空抽滤，化学气相沉积法等，但是由于氮化硼自身极难分散的特性，导致最终得到的取向性以及热导率均达不到理想目标，目前制备高导热的各向异性氮化硼高分子材料仍是一个很大的难题。
[0005]此外，随着可穿戴电子产品的发展，柔性导热材料受到了越来越多的关注。柔性导热材料可以自由弯曲、卷绕、折叠，大大缩小电子产品的体积，是满足电子产品小型化和移动要求的唯一解决办法。在未来，柔性导热材料的市场需求将急剧增加。传统的导热复合材料多为环氧热塑性体，固化成型后没有柔性，无法满足可穿戴电子产品的需求。
[0006]CN106810877A公开了一种导热界面材料及其应用，该导热界面材料是由片层状填料和有机高分子材料基体形成的复合材料，其中，所述片层状填料有序定向排布于有机高分子材料基体中，所述填料在复合材料中所占的重量百分比为20-90％。该方法虽然可以保证片状材料定向排布，但是制备方法较复杂，并且机械性能无法满足应用要求。CN106832877A公开了一种垂直取向氮化硼/高聚物绝缘导热材料的制备方法，该方法首先使用多巴胺或硅烷偶联剂对氮化硼纳米片进行表面修饰，然后将上述修饰后的氮化硼纳米片涂覆在两层高聚物中间，再利用热压工艺将上述三层材料压成一定厚度的薄膜，最后将上述薄膜叠层成块体或者将其卷绕成一个圆柱体；制备方法较复杂且最后材料的机械性能无法满足应用要求。
[0007]综上，各向异性氮化硼高分子热界面材料的确拥有较高的理论导热性能，但是由
于难以形成导热路径且机械性能欠佳，难以作为热界面材料使用，因此本领域亟需开发一种既能保证高导热、又能维持高机械性能的柔性高性能氮化硼基热界面材料。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种氮化硼膜及其制备方法、包含其的氮化硼复合膜、热界面材料和应用。本专利技术提供的热界面材料具有较高的热导率并且机械性能优异。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种氮化硼膜，所述氮化硼膜由二维氮化硼纳米片组成，具有平面取向。
[0011]本专利技术提供的氮化硼膜具有平面取向，取向度较高，因此，本专利技术提供的氮化硼膜具有较高的平面导热率。
[0012]在本专利技术中，所述二维氮化硼纳米片的厚度为100-200nm，例如120nm、150nm、180nm等。
[0013]优选地，所述二维氮化硼纳米片的尺寸为2-5μm。
[0014]所述二维氮化硼纳米片的尺寸指的是二维氮化硼纳米片的平面片层长度。
[0015]本专利技术选用尺寸较小的二维氮化硼纳米片能增强整体机械性能，使最后的氮化硼膜拥有较好的机械强度。因此二维氮化硼纳米片的尺寸不唯一，所以本专利技术限定为尺寸范围。
[0016]优选地，所述氮化硼膜的厚度为2-3μm，例如2.2μm、2.5μm、2.8μm等。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种根据第一方面所述的氮化硼膜的制备方法，所述制备方法包括：将二维氮化硼纳米片在载液表面铺展，在500-700rpm的搅拌速率下搅拌载液，然后冷却，得到氮化硼膜。
[0018]二维氮化硼纳米片在载液表面铺展，纳米片间的相互作用使其自组装在氮化硼薄膜，之所以在500-700rpm的搅拌速率下搅拌，此搅拌速率可以帮助纳米片在载液的铺展，又可以使少量已经团聚的氮化硼纳米片沉淀，若搅拌速率过大，则纳米片无法保持在载液表面，若搅拌速率过小，则纳米片无法在载液表面完全铺展，而导致大量团聚，最终导致无法得到氮化硼膜。
[0019]优选地，以载液所铺展的面积计，所述二维氮化硼纳米片的加入量为2-10mg/cm2，例如3mg/cm2、4mg/cm2、5mg/cm2、6mg/cm2、7mg/cm2、8mg/cm2、9mg/cm2等，优选2mg/cm2。
[0020]二维氮化硼纳米片的加入量使其可以完全在载液表面铺展，且最后的得到的氮化硼膜厚度适中，若加入量过大，则二维纳米片大量团聚形成沉淀，若加入量过少，则二维氮化硼纳米片无法铺满整个载液面，导致纳米片之间间距较大，无法得到氮化硼膜。
[0021]优选地，所述载液选自去离子水。
[0022]优选地，所述搅拌的时间为18-24h，例如19h、20h、21h、22h、23h等。
[0023]优选地，所述搅拌速率为550rpm。
[0024]优选地，所述冷却为自然冷却，时间为0.5-2min，例如0.8min、1min、1.2min、1.5min、1.8min等。
[0025]优选地，所述制备方法为：保持去离子水中氧气在饱和浓度的情况下，将二维氮化硼纳米片在去离子水表面铺展，在550rpm的搅拌速率下搅拌去离子水18-24h，停止搅拌，自
然冷却0.5-2h，得到氮化硼膜。
[0026]第三方面，本专利技术提供了一种根据第一方面所述的氮化硼膜在导热填料中的应用。
[0027]本专利技术的氮化硼膜具有平面取向结构，取向度较高，因此其平面热导率较高，可用作导热填料。
[0028]第四方面，本专利技术提供了一种氮化硼复合膜，包括第一方面所述的氮化硼膜和其他聚合物膜。
[0029]其中，所述其他聚合物膜选自聚乙烯膜、聚氯乙烯膜或乙烯-醋酸乙烯共聚物膜中的任意一种或至少两种的组合，优选聚乙烯膜。
[0030]氮化硼膜与其他聚合物膜复合，其他聚合物膜一方面起到支撑作用，另一方面起到提供较优异的机械性能的作用，使本专利技术提供的氮化硼复合膜既具有优异的导热性能，同时还具有优异的力学性能。
[0031]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化硼膜，其特征在于，所述氮化硼膜由二维氮化硼纳米片组成。2.根据权利要求1所述的氮化硼膜，其特征在于，所述二维氮化硼纳米片的厚度为100-200nm；优选地，所述二维氮化硼纳米片的尺寸为2-5μm；优选地，所述氮化硼膜的厚度为2-3μm。3.根据权利要求1或2所述的氮化硼膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将二维氮化硼纳米片在载液表面铺展，在500-700rpm的搅拌速率下搅拌载液，然后冷却，得到氮化硼膜。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，以载液所铺展的面积计，所述二维氮化硼纳米片的加入量为2-10mg/cm2，优选2mg/cm2；优选地，所述载液选自去离子水；优选地，所述搅拌的时间为18-24h；优选地，所述搅拌速率为550rpm；优选地，所述冷却为自然冷却，时间为0.5-2min；优选地，所述制备方法为：保持去离子水中氧气在饱和浓度的情况下，将二维氮化硼纳米片在去离子水表面铺展，在550rpm的搅拌速率下搅拌去离子水18-24h，停止搅拌，自然冷却0.5-2min，得到所述氮化硼膜。5.根据权利要求1或2所述的氮化硼膜在导热填料中的应用。6.一种氮化硼复合膜，其特征在于，包括权利要求1或2所述的氮化硼膜和其他聚合物膜；其中，所述其他聚合物膜选自聚乙烯膜、聚氯乙烯膜或乙烯-醋酸乙烯共聚物膜中的任意一种或至少两种的组合，优选聚乙烯膜；优选地，所述氮化硼复合膜包括氮化硼膜和聚乙烯膜；优选地，所述氮化硼膜和聚乙烯膜通过静电作用连接；优选地，所述氮化硼复合膜的厚度为0.0095-0.0120mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾小亮，易鸣明，孙蓉，许建斌，韩猛，叶振强，
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：