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中科院宁波材料所江南研究员、林正得研究员和虞锦洪研究员团队在制备高导热绝缘复合材料方面取得进展
2019-11-19  来源:高分子科技

  随着电子封装技术和大功率器件的快速发展,其中对高效的热扩散和可靠的绝缘性能的需求愈加增多。高分子材料具有众多优势,在电子工业中广泛应用,然而其导热性能差。氧化铝具有较高本征热导率、优异的高温绝缘性能、良好的化学稳定性以及低成本,但由于聚合物本身较低的导热系数或者通过掺杂高含量的导热填料获得的高导热性能的同时引起的机械等性能急剧恶化等问题的存在,难以满足发展的需求。

  针对解决上述问题,中国科学院宁波材料技术与工程研究所表面事业部功能碳素材料团队采用常见的棉花糖(蔗糖纤维)为模板制备出三维球型氧化铝导热网络环氧树脂复合材料。先将蔗糖纤维预置于环氧树脂中后固化,利用蔗糖纤维的水溶性和预先形成的三维网络孔道,后将氧化铝悬浮液冲压入三维网络孔道中,再次填充环氧树脂后成复合材料。在氧化铝含量为36.2 vol%时,复合材料导热系数相较于纯环氧树脂提高15倍,达到3.17 W/mK,如图1所示。于此同时,制备的复合材料仍保持高绝缘性,此种方法成本可控,原料易得且环境友好。

图1 棉花糖预置模板法制备聚合物复合材料及复合材料导热系数与氧化铝含量关系。

  除此之外,研究还发现在氧化铝悬浮液通过真空辅助过滤方法(Vacuum-assisted Infiltration Method),在聚乙烯醇泡棉中构筑三维导热网络,从而能在低填料含量下极大提升高分子基体的热导率。通过这种方法制备的氧化铝/聚乙烯醇复合材料在氧化铝含量为45.4 vol%时,其热导率达到4.79 W/mK。制备的复合材料的导热性能明显优于传统粉料共混方法(Powder Mixing Method)制备的复合材料,并且随着氧化铝含量的增加,这种优势越明显,如图2所示。除此之外,得到的复合材料也具备优异的电绝缘和力学性能。

图2真空辅助过滤方法制备复合材料和粉料共混方法制备复合材料在不同填料含量下热导率对比图。

  文章相继发表在ACS Appl. Mater. Interfaces和J. Mater. Chem. C上。文章第一作者为中科院宁波材料所已毕业硕士吴宇明虞锦洪研究员江南研究员林正得研究员为文章通讯作者。以上工作获得国家自然科学基金(51573201)、浙江省公益技术应用研究计划(2016C31026)和3315创新团队等项目资助。

论文链接

Yuming Wu, Kai Ye, Zhiduo Liu, Bo Wang, Chao Yan, Zhongwei Wang, Cheng-Te Lin*, Nan Jiang* and Jinhong Yu*, Cotton Candy-Templated Fabrication of Three-Dimensional Ceramic Pathway within Polymer Composite for Enhanced Thermal Conductivity. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019 DOI: 10.1021/acsami.9b15758.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b15758

Yuming Wu, Kai Ye, Zhiduo Liu, Mengjie Wang, Kuan W.A. Chee. Cheng-Te Lin*, Nan Jiang* and Jinhong Yu*, Effective thermal transport highway construction within dielectric polymer composites via a vacuum-assisted infiltration method. J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 6494-6501.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/tc/c8tc01464g

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