一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料及其制备方法

本发明属于复合材料的一种导热复合材料，具体涉及一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子技术的不断进步，电子器件呈现出集成化、小型化、多功能化的发展趋势。这些设备在运行过程中会积累热量，严重影响其安全性、可靠性和使用寿命。环氧树脂以其低廉的成本、优异的力学性能和优异的绝缘性能在涂料、胶黏剂、密封材料和电子元件封装等领域中有着广泛的应用。然而，由于分子链缠绕引起的严重声子散射，环氧树脂的导热系数很低(<0.5w/(m·k))，这极大地限制了它在新一代电子器件封装中的应用。在环氧树脂中加入高导热陶瓷、金属颗粒、金属氧化物和碳填料来制备环氧树脂基复合材料是提高其导热系数的最常用策略。

2、六方氮化硼因其具有高导热系数(300w/(m·k))、优异的电绝缘性能和极好的热稳定性而备受关注。通常向环氧树脂中加入大量的氮化硼(一般大于50wt％)才能达到形成完整热渗流网络的阈值，从而有效地提高复合材料的导热系数，但这将不可避免地牺牲复合材料的机械强度。因此，制备低氮化硼添加量的高导热环氧树脂复合材料对于现代电子器件的散热至关重要。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料及其制备方法。本发明先构建三维的氮化硼-银导热骨架，再将环氧树脂在真空下浸渍到三维骨架中制备氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一、一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料的制备方法

4、1)制备氮化硼-银复合填料；

5、2)将氮化硼-银复合填料、粘结剂、造孔材料和第一溶剂混合并搅拌均匀，制备第一混合物；

6、3)将第一混合物注入模具中，依次除去第一溶剂和造孔材料后，获得三维氮化硼-银导热骨架；

7、4)将环氧树脂、稀释剂和固化剂混合，制备树脂混合液；

8、5)将三维氮化硼-银导热骨架和树脂混合液混合后，再依次进行真空除气脱泡和热固化处理，获得氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料。

9、所述1)具体为：

10、1.1)将氮化硼和盐酸多巴胺分散于三羟甲基氨基甲烷缓冲液中，以800～1200rpm的搅拌速率在常温下反应12～24h，过滤后再在60～80℃下干燥8～12h，得到聚多巴胺改性氮化硼；

11、1.2)将聚多巴胺改性氮化硼、硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮分散于第二溶剂中，以800～1200rpm的搅拌速率在60～80℃下反应1～2h，过滤后再在60～80℃下干燥8～12h，得到氮化硼-银复合填料。

12、所述1.1)中搅拌速率为800～1200rpm，时间为12～24h，温度为常温。

13、所述步骤1.1)中，氮化硼和盐酸多巴胺的质量份数比为1～10：1，三羟甲基氨基甲烷缓冲液的ph为8～10，优选为8.5。

14、所述1.2)中搅拌速率为800～1200rpm，时间为1～2h，温度为60～80℃。

15、所述1.2)中，溶液中聚多巴胺改性氮化硼和硝酸银的质量份数比为2～10：1，优选为2:1。硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮的质量份数比为1～10：1，优选为1:1。第二溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和水合肼中的一种，优选n,n-二甲基甲酰胺。

16、所述1.1)和1.2)中，干燥温度为60～80℃，时间为8～12h。

17、所述粘结剂为聚苯乙烯、热塑性聚氨酯和聚偏氟乙烯中的一种或多种，优选为聚苯乙烯；造孔材料为氯化钠和蔗糖中的一种，优选为氯化钠；第一溶剂为三氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺和甲苯中的一种，优选为三氯甲烷；

18、所述氮化硼-银复合填料、粘结剂和造孔材料的质量份数比为1～10：2～3：15～20。

19、所述3)中，去除溶剂的方法是烘箱干燥法，干燥温度为60～80℃，时间为6～12h，去除造孔材料的方法为水洗法，水洗温度为60～80℃，时间为6～12h。

20、所述环氧树脂为环氧树脂e-51、环氧树脂e-44和环氧树脂epon-862中的一种，优选为环氧树脂epon-862；稀释剂为正丁基缩水甘油醚和缩水甘油12-14烷基醚中的一种，优选为正丁基缩水甘油醚；固化剂为2-乙基-4-甲基咪唑和2-甲基咪唑中的一种，优选为2-乙基-4-甲基咪唑；

21、环氧树脂、稀释剂和固化剂的质量份数比为100～120：10～15：1～2。

22、所述5)中，真空除气脱泡和热固化处理将三维氮化硼-银导热骨架和树脂混合液混合后，真空除气脱泡的真空度小于<100pa，温度为30～50℃，时间为30～90min，热固化的温度为70～90℃，时间为4～8h。

23、二、一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料

24、所述氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料采用所述的制备方法制备获得。

25、本发明的有益效果为：

26、本发明采用的三维的氮化硼-银导热骨架中银纳米粒子桥接了相邻的氮化硼纳米片，减少了填料与填料间的接触热阻，三维氮化硼-银导热骨架在复合材料中提供了连续的热传导通路，促进了声子的高效传递，在低填料添加量下有效地提高了环氧树脂复合材料的导热系数。

技术特征：

1.一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述1)具体为：

3.根据权利要求2所述的一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1.1)中，氮化硼和盐酸多巴胺的质量份数比为1～10：1，三羟甲基氨基甲烷缓冲液的ph为8～10。

4.根据权利要求2所述的一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述1.2)中，溶液中聚多巴胺改性氮化硼和硝酸银的质量份数比为2～10：1，硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮的质量份数比为1～10：1，第二溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和水合肼中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚苯乙烯、热塑性聚氨酯和聚偏氟乙烯中的一种或多种，造孔材料为氯化钠和蔗糖中的一种，第一溶剂为三氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺和甲苯中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述氮化硼-银复合填料、粘结剂和造孔材料的质量份数比为1～10：2～3：15～20。

7.根据权利要求1所述的一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述3)中，去除溶剂的方法是烘箱干燥法，干燥温度为60～80℃，时间为6～12h，去除造孔材料的方法为水洗法，水洗温度为60～80℃，时间为6～12h。

8.根据权利要求1所述的一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为环氧树脂e-51、环氧树脂e-44和环氧树脂epon-862中的一种，稀释剂为正丁基缩水甘油醚和缩水甘油12-14烷基醚中的一种，固化剂为2-乙基-4-甲基咪唑和2-甲基咪唑中的一种；

9.根据权利要求1所述的一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述5)中，真空除气脱泡和热固化处理将三维氮化硼-银导热骨架和树脂混合液混合后，真空除气脱泡的真空度小于<100pa，温度为30～50℃，时间为30～90min，热固化的温度为70～90℃，时间为4～8h。

10.一种氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料，其特征在于，所述氮化硼-银/环氧树脂导热复合材料采用权利要求1-9任一所述的制备方法制备获得。

技术总结
本发明公开了一种氮化硼‑银/环氧树脂导热复合材料及其制备方法。本发明的制备方法包括以下步骤：首先，制备氮化硼‑银复合填料；接着，将氮化硼‑银复合填料、粘结剂、造孔材料和溶剂混合并搅拌均匀后，获得第一混合物；然后，将第一混合物注入模具中，先除去溶剂，再除去造孔材料后，获得三维氮化硼‑银导热骨架；再将环氧树脂、稀释剂和固化剂混合后，获得树脂混合液；最后，将三维氮化硼‑银导热骨架和树脂混合液混合，再依次进行真空除气脱泡和热固化处理后，获得氮化硼‑银/环氧树脂导热复合材料。本发明的氮化硼‑银/环氧树脂导热复合材料具有高导热性和绝缘性，在电子元件封装领域有良好的应用前景。

技术研发人员：俞豪杰,吴旭东,王立
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15