[发明专利]氮化硼粉体表面改性的方法、改性氮化硼及聚合物复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种简便易行的氮化硼改性方法及其与聚合物复合材料的制备工艺，属于聚合物基复合材料领域，改性氮化硼的方法简易高效，其与聚合物复合的工艺成本低，绿色环保，是一种适合于规模化生产的复合材料制备工艺。

背景技术

随着微电子高密度组装和集成技术的迅猛发展，电子设备的组装密度得以迅速提高，这将导致单位面积产生的热量急剧增加，从而导致电子元器件工作效率及使用寿命大幅降低。为了保证电子设备的正常运行，必须及时移除多余的热量。因此，散热问题已经成为了大规模集成电路所面临的瓶颈问题之一[1]Sato,K.;Horibe,H.;Shirai,T.;Hotta,Y;Nakano,H.;Nagai,H.;Mitsuishi,K.;Watari,K.J Mater Chem 2010,20,2749[2]Ting,J.M.;Chen,Y.M.Carbon 2002,40,359。

目前，多采用热沉来解决散热问题。但由于电子元器件与热沉表面的粗糙度不匹配，导致二者间存在空隙，界面热阻增大。这将大大降低热沉的散热能力。所以，亟需一种高效的热界面材料，使器件与热沉紧密连接。因此要求其兼具电绝缘性，良好的热导率及可加工性。聚合物材料是较好的选择之一[3]Sim,L.C.;Ramanan,S.R.;Ismail,H.;Seetharamu,K.N.;Goh,T.J.Thermochim Acta 2005,430,155[4]Huang,M.T.;Ishida,H.J Polym Sci Pol Phys1999,37,2360。而通常来说，聚合物材料的热导率都很低，所以，如果能提高它的热导率，将大大改善电子器件体系的散热问题。

在普通高分子中加入高导热填料，是提高聚合物热导率的有效途径之一。在以往的报道中，出现过多种填料的研究，其中，氮化硼（h-BN）引起了我们的关注。它具有类石墨结构，具有低密度，高热稳定性，高热导率，低介电常数及化学惰性等优异的性能[5]Duan,J.;Xue,R.S.;Xu,Y F.;Sun,C.JAm Ceram Soc 2008,91,2419[6]Rao,C.N.R.;Nag,A.;Raidongia,K.;Hembram,K.P.S.S.;Datta,R.;Waghmare,U.V.Acs Nano 2010,4,1539。在以往对BN的报道中，出现过对BN粉体纳米管和纳米片的研究。但通常情况下，利用BN粉体的添加量都很大（20~78wt.%）[7]Zhou,W.Y.;Qi,S.H.;Li,H.D.;Shao,S.Y.Thermochim Acta 2007,452,36[8]Hsu,S.L.C.;Li,T.L.J Phys Chem B2010,114,6825，以致于掩盖了聚合物基体本身的特性。而BNNTs和BNNSs的制备很困难[8]Zhi,C.Y.;Bando,Y.;Terao,T.;Tang,C.C.;Kuwahara,H.;Golberg,D.Adv Funct Mater 2009,19,1857[9]Huang,Y.;Lin,J.;Bando,Y.;Tang,C.C.;Zhi,C.Y.;Shi,Y.G.;Takayama-Muromachi,E.;Golberg,D.JMater Chem2010,20,1007[10]Nakayama,T.;Cho,H.B.;Tokoi,Y.;Endo,S.;Tanaka,S.;Suzuki,T.;Jiang,W.H.;Suematsu,H.;Niihara,K.Compos Sci Technol 2010,70,1681，且均为微量制备，成本很高。所以，亟需一种聚合物材料，使其兼具良好的可加工性，高热导率以及可大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于通过一种简单易行的表面改性方法，将最常见的BN粉体进行表面改性，提高其与聚合物基体的相容性，解决BN与聚合物基体界面热阻大的问题，并提供一种简单易行，绿色环保，无毒无污染的高导热绝缘聚合物基复合材料的制备方法。

一个方面，本发明提供一种氮化硼粉体表面改性的方法，其以氮化硼纳米粉体为原料，强氧化剂为改性剂，采用水热制备工艺，对氮化硼进行表面改性以制得改性氮化硼。

优选地，改性选用具有立方相或六方相，纯度大于90%的氮化硼。氮化硼粉体粒径优选为0.1~5μm。且改性后的氮化硼纯度仍大于90%。

作为改性剂的强氧化剂，优选使用浓度大于20%的过硫酸铵、过氧化氢或稀硝酸等强氧化剂。