基于微/纳米结构单元的有序组装制备高导热复合材料

器件的微型化和高集成度在赋予电子产品更多功能、更高效率的同时,也使得电子产品中单位体积的工作功率大幅度提升,由此带来了严重的散热问题。电子元器件的耗散生热会直接导致电子设备温度的升高和热应力的增加,对微电子设备的工作可靠性造成严重威胁。工业界普遍认为未来电子产品发展的瓶颈不是硬件本身和散热设计,而是是否能制备有效的散热材料。现有的导热复合材料的导热性能难以满足电子工业发展的需求。因此,为了解决电气电子设备的结构散热问题,开发研制新型、具有优良综合性能的高导热复合材料正成为国际电气电子绝缘领域的研究热点。本论文在对国内外导热复合绝缘材料研究现状的分析与未来导热复合材料的发展趋势归纳上,以制备高性能导热复合材料为目标,基于微/纳米结构单元的有序组装制备了几款新型导热复合材料。研究了复合材料的导热性能、力学强度和电绝缘性能与材料的微观结构及其界面传热性质的关系,取得的主要研究成果总结如下:1.针对目前包含高含量填料的复合材料机械性能较差的问题,我们受到天然贝壳层状结构的启发,制备了具有仿贝壳结构的高导热氮化硼纳米片(BNNS)-氧化石墨烯(GO)复合纸。BNNS和GO之间的声子谱匹配以及复合材料内部BNNS良好的取向使得复合材料具有很高的导热系数和良好的机械性能。在BNNS质量分数为95 wt%时,该款复合材料的平面导热系数达到了29.8 Wm~(-1)K~(-1),远远高于早前报道的BN基复合材料。研究发现,BNNS-GO复合纸的高导热系数主要来源于三个方面:(1)规整取向的层状结构提供了高效率的导热网络;(2)声子谱匹配的BNNS-GO网络为声子的运输提供了高速通道,减少了声子的散射;(3)BNNS与GO较强的作用力可以进一步降低界面热阻。此外,BNNS-GO是电绝缘体,体积电阻率远高于10~(13)Ω?cm,满足电子封装领域对于导热复合材料导热性能和绝缘性能的要求。2.针对热管理的传统聚合物基复合材料导热系数较低(