常见的导热填料主要有碳类(碳纳米管、石墨烯)、无机非金属(氮化硼、氮化铝、氮化硅)、氧化物(氧化镁、氧化铝、氧化硅)等。其中,氮化硼纳米片(BNNS)因此超高导热率、电绝缘的特性被认为是高导热绝缘领域的关键材料之一。
近期,上海交通大学江平开团队在期刊ACS Nano上发表的文章中,提出了利用静电纺丝法,制备高导热绝缘的聚合物基氮化硼纳米片纳米复合薄膜,在低填充量下同时实现聚合物绝缘材料导热系数的大幅增强,同时材料的绝缘性能也显著提高。
文章报道了利用聚偏二氟乙烯(PVDF)作为基体,掺杂氮化硼纳米片(BNNS)首先制备纺丝液,后利用静电纺丝技术制备面内方向取向和相互连接的BNNS/PVDF复合纤维,通过简单折叠和冷压/热压结合方式制备得到BNNS/PVDF复合材料。
通过对该复合材料进行导热性能测试,结果显示当氮化硼纳米片填充量为33wt%时,材料的面内导热系数可达16.3W/(m ▪ K),这是目前所报道的热塑性聚合物绝缘材料导热增强的高纪录。同时,测试结果还显示复合材料在导热能力上具有明显的各向异性(面内方向和穿透面)和厚度依赖性(导热率随材料厚度变化),这些在后续的实验中也将进一步得到研究。
同时,相关测试结果也显示BNNS的加入使得制备的复合材料相比较原始PVDF材料具有更好的电绝缘性能。更进一步,文章中还提到了将该复合材料集成作为晶体管的散热界面材料。通过测试显示其具有比目前商用界面材料更好的热管理能力,这也表面该复合材料在导热绝缘领域有着良好的应用前景。
此外,不只是BNNS/PVDF复合材料,氮化硼纳米片也能被作为填充材料加入环氧树脂、纤维素等基体中,有效改善材料的导热能力。总而言之,随着电气系统和电子设备的快速发展,六方氮化硼(h-BN)特别是氮化硼纳米片(BNNS)因其高导热性能、低介电常数和介电损耗,相信会成为满足高热管理性能领域的理想材料。