氮化硼最新應用：可制備面內(nèi)導熱率達到39W/m·K的5G導熱材料

5G+物聯(lián)網(wǎng)時代臨近，各種電子設備的發(fā)展趨向于集成化、高速度、多功能兼容和高可靠性以及穩(wěn)定性發(fā)展，這意味著在更小的空間產(chǎn)生更多的熱量，必然會帶來有限空間內(nèi)散熱的挑戰(zhàn)，因此電子設備的高效熱管理成了關(guān)鍵技術(shù)。常見高導熱金屬材料因其導電性而無法用于顯卡、CPU等部件散熱，需要采用具有高導熱、高絕緣的導熱界面材料。導熱界面材料保證了平面、垂直方向上的有效熱傳遞，同時，降低了熱源和散熱器因粗糙和不均勻表面之間的熱阻，提高熱傳遞，為電子元器件實現(xiàn)高效散熱起著舉足輕重作用。目前商用絕緣熱界面材料，如導熱硅脂、導熱凝膠等熱導率一般為2~12W/m·K，無法滿足高功率密度器件的有效散熱需求。因此，提升導熱界面材料的導熱性能仍然是一個挑戰(zhàn)。

六方氮化硼的結(jié)構(gòu)特點使其具有很多優(yōu)異的特性，如高導熱性、高耐熱性、潤滑性、摩擦系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)低、介電性質(zhì)優(yōu)異等物理性質(zhì)以及抗氧化性強、抗腐蝕性強、化學性質(zhì)穩(wěn)定等化學性質(zhì)，是制備填充型高導熱、絕緣復合材料的首選。目前基于單號填充聚合物基復合材料作為熱界面材料的研究已經(jīng)很廣泛。然而，由于 BN固有的各向異性熱性能（平面內(nèi)熱導率 400?2000 W/m·K，垂直平面熱導率為 30 W/m·K），且 BN與聚合物相容性差，難分散，難以有效構(gòu)建高效的導熱網(wǎng)絡，因此在BN/聚合物復合材料中很難實現(xiàn)各向同性的超高導熱率。為此，浙江大學柏浩教授、高微微副教授合作，提出了一種改進的雙向凍結(jié)技術(shù)來制備具有雙軸定向?qū)峋W(wǎng)絡的BN氮化硼/聚氨酯（BN/PU）復合材料，該復合材料在80 vol% BN填充下表現(xiàn)出～39.0 W/m·K的超高平面內(nèi)熱導率和～11.5 W/m·K的垂直平面熱導率。由于冰晶束縛作用，BN/PU懸浮液被組裝成網(wǎng)絡，形成一種具有橋連的層狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過熱壓可得到致密的BN/PU復合材料。該方法克服了各向異性 BN基復合材料在某一方向?qū)嵯禂?shù)的增強往往會犧牲另外一個方向的導熱系數(shù)的問題?；诖藦秃喜牧现苽涞臒峤缑娌牧媳壬虡I(yè)產(chǎn)品具有更優(yōu)越的冷卻效率，芯片實際溫度降低了15°C，在1000次加熱和冷卻循環(huán)后仍保持良好的熱穩(wěn)定性。研究提供了一種開發(fā)先進熱界面材料的有效途徑，能夠滿足先進電子、可穿戴電子等新興領(lǐng)域的產(chǎn)品對高性能熱界面材料的巨大需求。研究成果以“Isotropically Ultrahigh Thermal Conductive Polymer Composites by Assembling Anisotropic Boron Nitride Nanosheets into a Biaxially Oriented Network”為題發(fā)表于《ACS Nano》期刊。