[发明专利]一种导热绝缘氮化硼高分子复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种导热绝缘氮化硼高分子复合材料，其特征在于，该材料是在聚合物基体上，由如下三种具有不同维度的填充粒子材料制成：氮化硼量子点为零维填充粒子材料，氮化硼纳米管为一维填充粒子材料，氮化硼纳米片为二维填充粒子材料及导热填料；所述的三维材料复合在聚合物基体上，经蒸发自组装后形成多维度多尺度的导热绝缘氮化硼高分子复合材料，在三维立体空间内构筑出完整高效的导热通路、降低界面热阻，同时使材料具有优异的力学性能、良好的维度稳定性。本发明还公开了该复合材料的制备方法。该材料可有效地降低界面热阻，还具有优异的力学性能、良好的维度稳定性、一定的透明度和柔性，具有广泛地应用前景。

技术领域

本发明涉及导热材料领域，具体涉及一种导热绝缘氮化硼高分子复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电子封装和高功率化技术的快速发展，元器件的高效散热问题成为重中之重。聚合物材料由于加工简单、高强度、价廉、耐腐蚀、电绝缘性好等优点在电子封装应用中发挥着重要的作用。然后，与金属和陶瓷相比，大多数聚合物的导热性能较差，导热系数在0.1-0.3Wm^-1K^-1之间，这就极大限制了其在导热领域的应用。因此，开发具有高导热复合材料成为解决电子器件散热问题的迫切需要。

目前，已有很多关于导热系数较高的复合材料及其制备方法的文献和专利报道。但是，简单的添加单一的导热填料对复合材料导热系数的提高非常有限。这是由于单单添加一种填料往往会使得填料在基体中分布不均，不能构建连续的导热通路，声子散射严重，使得热流不能有效沿着导热路径传递。氮化硼纳米片由于其具有高导热系数、小的热膨胀系数以及良好的电绝缘性能等优异的物理化学性能而得到广泛的应用。同时，氮化硼纳米管具有较高的导热系数和较高的长径比，添加到聚合物基体中能够大幅度提高聚合物的导热系数。氮化硼量子点由于其独有的小尺寸，加入到氮化硼聚合物体系中，能够更好地连接导热填料与基体，完善导热通路。

现有技术中，浙江大学提交的申请号为201910006616.2的中国发明专利申请，公开了《一种氮化硼/环氧树脂复合材料的制备方法及产品和应用》，该发明涉及一种氮化硼/环氧树脂复合材料的制备方法及产品和应用，制备方法包括：1)将氮化硼纳米片与粘结剂分散于水中，形成混合溶液；2)混合溶液进行双向冷冻，然后冷冻干燥去除冰晶，得到具有片层取向结构的氮化硼气凝胶；3)在氮化硼气凝胶的片层取向结构内填充固化的环氧树脂，得到氮化硼/环氧树脂复合材料。该方法需要通过双向冷冻得到具有片层取向结构的氮化硼气凝胶，形成高效的导热通路，需要使用专门的制备设备、对制备设备的要求较高，制备过程中的能耗也高。同时，该材料仅具有良好的导热性能，但是其机械强度受到一定限制，因此其应用范围受到限制；且制备过程较为复杂、能耗较高。

发明内容

本发明是针对现有技术的上述不足，提供一种导热绝缘氮化硼高分子复合材料，具有多维度多尺度的立体空间结构，以有效地降低界面热阻，使得热流能够有效完整的运输，实现高导热性能；同时复合材料还具有优异的力学性能、良好的维度稳定性；本发明还提供一种制备上述材料的方法，通过将三种不同维度的填料氮化硼量子点为零维材料，氮化硼纳米管为一维材料，氮化硼纳米片为二维材料共同填充到聚合物基体中，经过经蒸发自组装后形成最终的复合材料，制备过程紧凑、能耗低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种导热绝缘氮化硼高分子复合材料，其特征在于，该材料是在聚合物基体上，由如下三种具有不同维度的填充粒子材料制成：氮化硼量子点为零维填充粒子材料，氮化硼纳米管为一维填充粒子材料，氮化硼纳米片为二维填充粒子材料及导热填料；所述的三维材料复合在聚合物基体上，经蒸发自组装后形成多维度多尺度的导热绝缘氮化硼高分子复合材料，在三维立体空间内构筑出完整高效的导热通路、降低界面热阻，同时使材料具有优异的力学性能、良好的维度稳定性。

所述的导热绝缘氮化硼高分子复合材料，其特征在于，该材料是由如下质量份比的组分制成：