氮化硼散热膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了氮化硼散热膜及其制备方法和应用。本申请的第一方面提供氮化硼散热膜的制备方法，包括以下步骤：将氮化硼粉末、聚合物和溶剂混合，得到第一分散浆料；向第一分散浆料施加机械力进行剥离，得到包含氮化硼纳米片的第二分散浆料；将第二分散浆料在基底上涂布，得到薄膜；对薄膜进行压缩处理，得到氮化硼散热膜。本申请实施例中分散浆料采用简单的构成体系，包括氮化硼粉末、聚合物和溶剂，成本和处理难度较低。剥离过程中，聚合物和溶剂可以很好地保护氮化硼粉末的六方氮化硼发生破碎作用，将部分对二维材料的冲击力转化为剪切力，从而其二维片层发生滑移。最终得到相对质量较高，即尺寸大、厚度小的二维氮化硼纳米片。

Boron nitride heat dissipation film and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
氮化硼散热膜及其制备方法和应用
本申请涉及导热材料
，尤其是涉及氮化硼散热膜及其制备方法和应用。
技术介绍
均热膜也被称之为散热膜，是一种高功率通讯设备中常用的散热材料。均热膜一般使用在单一轴向上热导率相比其他维度上较低的材料制备而成，这种薄膜一般具有较高的平面热导率及较低的垂直热导率。这种特殊的导热结构使得热流可以很快地沿平面传播，而很难穿透其散热膜的垂直方向。一般的均热材料是基于具有二维层状结构的材料制备而来，其中石墨是被最为广泛使用的材料之一。石墨具有极高的平面热导率、较低的密度、低热膨胀系数等优异特性，石墨散热膜被广泛拥有各类具有高散热需求的电子设备中。但是，石墨具有优秀的导电性，在电子器件中只能应用于绝缘封装好的元件部分。除此之外，其在电子器件中可能会产生一些其他的问题，例如模切石墨散热膜可能会产生少量的碎屑，有潜在造成电子器件短路的风险，再例如石墨散热膜可能会产生静电从而破坏一些较为脆弱的电子元件。在通信领域方面，石墨散热膜同样具有许多问题。首先，石墨作为一种良好的电磁屏蔽材料，会阻碍通信信号的传输，所以在通信设备中只能用在不影响射频天线的部分。再者，石墨拥有较高的介电系数，而较高的介电系数会导致较高的信号延迟，不利于未来5G对于超低延迟方面的需求。鉴于石墨散热膜在5G领域中的问题，急需一种导热能力强、绝缘、介电系数低、介电损耗低的散热材料。六方氮化硼作为一种二维层状材料，和石墨拥有相似的晶体结构，也被称为白色石墨。六方氮化硼的二维结构也被称为氮化硼纳米片，热导率、机械强度等性能优异，而且拥有极佳的绝缘性、低介电系数及低介电损耗。但氮化硼的热导率约为300Wm-1K-1，对比石墨2000Wm-1K-1的热导率仍然处于较低的层次。而且，人工石墨散热膜的热导率可以达到1600Wm-1K-1以上，和石墨的理论热导率相差较小，而氮化硼散热膜的制备工艺开发尚处于初级阶段，和氮化硼的理论热导率仍存在较大的差距。因此，有必要提供一种具有更高热导率的氮化硼散热膜。
技术实现思路
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种具有更高热导率的氮化硼散热膜及其制备方法和应用。本申请的第一方面，提供氮化硼散热膜的制备方法，包括以下步骤：S1：将氮化硼粉末、聚合物和溶剂混合，得到第一分散浆料；S2：向第一分散浆料施加机械力进行剥离，得到包含氮化硼纳米片的第二分散浆料；S3：将第二分散浆料在基底上涂布，得到薄膜；S4：对薄膜进行压缩处理，得到氮化硼散热膜。根据本申请实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：(1)本申请实施例中分散浆料采用简单的构成体系，包括氮化硼粉末、聚合物和溶剂，成本和处理难度较低。剥离过程中，聚合物和溶剂可以很好地保护氮化硼粉末的六方氮化硼发生破碎作用，将部分对二维材料的冲击力转化为剪切力，从而其二维片层发生滑移。最终得到相对质量较高，即尺寸大、厚度小的二维氮化硼纳米片。(2)压缩过程中，通过聚合物与二维氮化硼纳米片的相互作用，对薄膜内的二维材料进行有效的排列，从而得到高度有序的微观结构。不仅可以让热流在薄膜内的传播具有高度的定向性，从而表现为较高的平面热导率；而且可以促进其高密度堆积，以此降低散热膜内部的声子散射，从而促进其热导率的提升；最后，高度有序的薄膜结构可以实现二维材料的有效堆叠，形成仿珍珠贝结构，在二维氮化硼纳米片的层间相互作用力下，使得散热膜具有一定的机械强度和柔性。其中，氮化硼粉末优选为六方氮化硼粉末，其粉末呈片状，尺寸优选为0.5～100微米，进一步优选为5-50微米。聚合物是指可以被极性溶剂和/或非极性溶剂溶解或分散的聚合物或其混合物，其非限制性实例包括聚乙烯醇、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂、聚酰亚胺、聚砜、聚酯、聚醚、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、聚芳酰胺、酚醛树脂、聚碳酸酯、聚乙烯亚胺等、纳米纤维素、羧甲基纤维素钠、硅橡胶前驱体等其中的至少一种。溶剂是指任何可以溶解或分散前述聚合物的溶剂，其非限制性实例包括水、乙二醇、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯、二甲苯等其中的至少一种。施加机械力是指提供机械力从而使得氮化硼粉末的相邻片层之间横向滑移进而剥离，其非限制性实例包括球磨、砂磨、研磨、砂磨、辊压、机械搅拌、高速剪切、超声处理、高压均质、微射流等其中至少一种。基底是指为分散浆料形成氮化硼薄膜提供对应环境背景的材料，其非限制性实例包括玻璃、聚合物薄膜、硅片、纸张等，优选为聚合物薄膜。其中，聚合物薄膜的材料来源包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、硅橡胶、聚四氟乙烯等，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯。另外，基底的选择需要考虑对溶剂的浸润性和稳定性等问题，要求能够对第二分散浆料具有良好的亲和性从而促使高定向液膜在基底表面的形成，并且不会因为产生化学腐蚀作用从而影响成膜的质量，还需要有一定的热稳定性从而耐受薄膜固化环境的温度。而在此基础上，基底在涂布处理之前也可以经过一定的表面预处理(如表面等离子刻蚀、电晕或涂布相应的化合物层)以提升基底的表面性能。涂布是指将第二分散浆料通过一定的方式在基底上形成对应的液层，其非限制性实例包括流延、刮涂、辊涂、卷对卷涂布、喷涂、丝网印刷、提拉涂敷等本领域熟知的方式。压缩处理是指对形成的薄膜施加一定的压力，从而使得薄膜层内的二维氮化硼纳米片进一步取向层积堆叠，从而获得更高的热导率和机械性能。压缩处理的非限制性实例包括常温辊压、加热辊压、平压、平板热压等本领域熟知的处理方式。在本申请的一些实施方式中，压缩处理的压力为1～1000MPa，处理时间为10s～24h。压缩处理过程中作用的压力大小和处理时间影响在此过程中二维氮化硼纳米片的排列效果，当控制在上述范围时，压缩效果较好，最终的散热膜的热导率等性能较为优异。在本申请的一些实施方式中，压缩处理的压力为5～60MPa，处理时间为10s～2h。在本申请的一些实施方式中，压缩处理的温度为20～400℃。在本申请的一些实施方式中，压缩处理的温度为20～300℃。在本申请的一些实施方式中，S4为：对薄膜进行压缩处理，得到负载在基底上的氮化硼薄膜层，转移氮化硼薄膜层得到氮化硼散热膜。在本申请的一些实施方式中，转移的方式为使带有离型膜的双面胶与氮化硼薄膜层接触，将氮化硼薄膜层转移到双面胶，在氮化硼薄膜层远离双面胶的一侧覆盖单面胶，得到氮化硼散热膜。将氮化硼薄膜在双面胶上进行转贴，从而制备出相应的低成本氮化硼复合散热膜。依据不同的应用场景，不同的散热膜构型可以被开发。这种多层散热膜可以很好地将氮化硼薄膜层黏附在有散热需求的电子原件上，从而实现电子元件的高效散热。运输的过程中薄膜的表面或整体结构容易受到破坏，而两侧的离型膜可以对薄膜起到很好的保护作用，并且在一些极端环境中，如高湿度环境下，保证散热膜的有效性。另外，氮化硼散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氮化硼散热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：将氮化硼粉末、聚合物和溶剂混合，得到第一分散浆料；/nS2：向所述第一分散浆料施加机械力进行剥离，得到包含氮化硼纳米片的第二分散浆料；/nS3：将所述第二分散浆料在基底上涂布，得到薄膜；/nS4：对所述薄膜进行压缩处理，得到氮化硼散热膜。/n

【技术特征摘要】
1.氮化硼散热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将氮化硼粉末、聚合物和溶剂混合，得到第一分散浆料；
S2：向所述第一分散浆料施加机械力进行剥离，得到包含氮化硼纳米片的第二分散浆料；
S3：将所述第二分散浆料在基底上涂布，得到薄膜；
S4：对所述薄膜进行压缩处理，得到氮化硼散热膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压缩处理的压力为1～1000MPa，处理时间为10s～24h；
优选的，所述压缩处理的压力为5～60MPa，处理时间为10s～2h；
优选的，所述压缩处理的温度为20～400℃。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S4为：对所述薄膜进行压缩处理，得到负载在所述基底上的氮化硼薄膜层，转移所述氮化硼薄膜层得到所述氮化硼散热膜；
优选的，所述转移的方式为使带有离型膜的双面胶与所述氮化硼薄膜层接触，将所述氮化硼薄膜层转移到所述双面胶，得到所述氮化硼散热膜；
优选的，转移到所述双面胶后，还包括在所述氮化硼薄膜层远离所述双面胶的一侧覆盖单...

【专利技术属性】
技术研发人员：丘陵，刘闽苏，成会明，范维仁，丁斯远，
申请(专利权)人：佛山市晟鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44