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如何进一步提升氮化硼填料的导热作用?试试磁性调控(二)

2021-12-17 11:01:49

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目前,制备的高导热BN/聚合物复合材料按照填料分布状态主要分为两类填料无规分布与填料三维(3D)排列分布。

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填料无规分布通过共混、表面改性等方法提高复合材料的热导率。共混是通过较为简单的物理方法将几种材料均匀混合成型,并由此提高或者改变材料性能。材料的表面改性可以实现材料的新的性能及新的应用,与石墨烯相比,h-BN缺乏有效的化学活性位点,这使得h-BN的表面改性更加困难,目前的研究最为代表性的两种就是共价修饰及非共价修饰,比如引入一些拥有特殊性质的官能团。

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近些年来的研究热点与难点主要集中在有3D骨架结构的导热复合材料上。减少填料和高分子基体之间的界面数量,降低界面热阻,是提高导热率的关键,有序的3D结构不仅可以实现减少界面数量,还可以充当导热通路,使得大部分能量沿着导热骨架传递,低含量的导热填料的复合材料也能够够获得较高的导热率。

构建3D骨架的常见方法主要有模板法,今天我们将要介绍的是磁取向法。受到磁性材料在磁场中可以定向排列的启发,科研人员使用磁性纳米颗粒吸附到h-BN表面,通过外加磁场使得h-BN取向,得到高顺向3D结构。受到磁性材料在磁场中可以定向排列的启发,科研人员使用磁性纳米颗粒吸附到h-BN表面,通过外加磁场使得h-BN取向,得到高顺向3D结构。

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首先要合成磁性纳米粒子,例如,在水溶液中,最有效简单的化学合成磁性纳米粒子Fe3O4的途径是化学共沉淀法,进行沉淀反应后,析出不溶性物质,反复洗涤并脱水得到所需的Fe3O4磁性纳米粒子。通过修饰氮化硼表面,使得氮化硼作为强聚电解质,在整个pH范围内保持负电荷,合成后的磁性Fe3O4纳米颗粒主要吸附在经过处理的氮化硼表面上,使氮化硼达到磁化效果。

氮化硼片数越多,磁化效果越好,主要时因为BNNSs具有更大的表面积,在混合溶液中能更加均匀的分散,利于表面均匀的磁化。

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这种方法的一大优势是,根据磁场强度不同,填料呈现出取向排列不同的性质,可以影响导热通路的设计。通过改变磁场的强度、形状、时间,得到多种变化的导热复合材料,来满足复杂制件的不同热管理需求,对于散热需求越来越复杂的电子领域,可以实现更加精细控制的热管理,具有巨大的应用价值。

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