CN104844066A - 氮化硼纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮化硼纸及其制备方法，氮化硼纸的制备方法包括如下步骤：按照质量比为1：0.05～0.1：20～50将微米氮化硼、表面活性剂和去离子水混合后球磨得到初混液；对所述初混液进行超声分散，离心纯化后得到功能化微米氮化硼，接着将所述功能化微米氮化硼与去离子水混合得到功能化微米氮化硼溶液；将所述功能化微米氮化硼水溶液和水溶性聚合物混匀后，采用真空抽滤的方式制得所述氮化硼纸。这种氮化硼纸中，功能化微米氮化硼充当“砖”，水溶性聚合物充当“泥”，具有与贝壳类似的“砖-泥”结构，实现了功能化微米氮化硼的有序组装。相对于传统的氮化硼复合材料，这种氮化硼纸兼具较佳的导热性能和力学强度。

Description

氮化硼纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种氮化硼纸及其制备方法。

背景技术

随着微电子集成与组装技术的飞速发展,电子元器件密度成千万倍地增加,同时工作频率急剧增加。但是，电子产品中的电子元器件高度集成化以及小型化使得单位面积的热量陡然增加。散热能力将显著影响电子元器件的性能和整个系统运行的可靠性，因此及时散热能力就成为影响其使用寿命的重要因素。氮化硼(BN)以其高的导热系数(220W/m.K)，高化学稳定性、高耐腐烛性、高热导率、低热膨胀系数、低介电常数和低介电损耗特点成为散热材料的重要材料之一。但是，由纯BN制备的材料存在质脆，成本较高等问题。虽然聚合物具有低的导热系数(约0.2W/m.K)，但是其轻质、耐化学腐蚀、易加工成型、电绝缘性能优异、力学及抗疲劳性能优良等特点，使其成为电子材料的重要组成部分。因此，结合BN和聚合物的优势，构建基于BN的高效导热通道，开发BN填充聚合物复合材料对于提高电子器件的工作效率和可靠性具有重要的意义。

一般来说，提高BN在聚合物中的含量可以提高复合材料的导热系数。但是大量BN填料的添加不可避免带来了复合材料力学性能的下降，如何既提高复合材料的导热性能，又不使复合材料的力学性能下降，同时导致树脂的流动性变差，加工性能变差，因此，如何在提高复合材料导热性能的同时，仍然保持优异的力学强度显得尤为重要。而目前尚无较佳的解决方案，因此还有待于进一步开发。

发明内容

基于此，有必要提供一种兼具较佳的导热性能和力学强度的氮化硼纸及其制备方法。

一种氮化硼纸的制备方法，包括如下步骤：

按照质量比为1：0.05～0.1：20～50将微米氮化硼、表面活性剂和去离子水混合后球磨得到初混液；

对所述初混液进行超声分散，离心纯化后得到功能化微米氮化硼，接着将所述功能化微米氮化硼与去离子水混合得到功能化微米氮化硼溶液；以及

将所述功能化微米氮化硼水溶液和水溶性聚合物混匀后，采用真空抽滤的方式制得所述氮化硼纸，其中，所述微米氮化硼与所述水溶性聚合物的质量比为0.95：0.05～0.8：0.2。

在一个实施例中，所述微米氮化硼的粒径为2μm～18μm。

在一个实施例中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钙、十二烷基硫酸钠或胆酸钠。

在一个实施例中，所述将微米氮化硼、表面活性剂和去离子水混合后球磨的操作中，球磨采用球磨罐完成，球磨的速度为100rpm～500rpm，球磨的时间为12h～24h。

在一个实施例中，所述对所述初混液进行超声分散的操作中，超声分散的功率为200W～1000W，超声分散的时间为6h～24h。

在一个实施例中，所述离心纯化后得到功能化微米氮化硼的操作具体为：待反应完成后将反应液过滤，保留滤渣并用去离子水洗涤所述滤渣至少三次，所述滤渣即为所述功能化微米氮化硼。

在一个实施例中，所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

一种氮化硼纸，采用上述的氮化硼纸的制备方法制备得到；

所述氮化硼纸按照质量百分比计包括80％～95％的功能化微米氮化硼和5％～20％的水溶性聚合物；

所述功能化微米氮化硼为微米氮化硼采用表面活性剂表面处理后得到。

在一个实施例中，所述氮化硼纸的厚度为2μm～30μm。

在一个实施例中，所述微米氮化硼的粒径为2μm～18μm；

所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钙、十二烷基硫酸钠或胆酸钠；

所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

这种氮化硼纸中，功能化微米氮化硼充当“砖”，水溶性聚合物充当“泥”，从而使得这种氮化硼纸的微观结构具有与贝壳类似的“砖-泥”结构，实现了功能化微米氮化硼的有序组装。相对于传统的氮化硼复合材料，这种氮化硼纸兼具较佳的导热性能和力学强度。

附图说明

图1为一实施方式的氮化硼纸的制备方法的流程图；

图2为一实施方式的氮化硼纸的微观结构示意图；

图3a为天然贝壳的扫描电子显微镜图片；

图3b为实施例1制得的氮化硼纸的扫描电子显微镜图片。

具体实施方式

下面主要结合附图及具体实施例对氮化硼纸及其制备方法作进一步详细的说明。

如图1所示的一实施方式的氮化硼纸的制备方法，包括如下步骤：

S10、按照质量比为1：0.05～0.1：20～50将微米氮化硼、表面活性剂和去离子水混合后球磨得到初混液。

微米氮化硼的粒径为2μm～18μm。

表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钙、十二烷基硫酸钠或胆酸钠。

将微米氮化硼、表面活性剂和去离子水混合后球磨的操作中，球磨采用球磨罐完成，球磨的速度为100rpm～500rpm，球磨的时间为12h～24h。

S20、对S10得到的初混液进行超声分散，离心纯化后得到功能化微米氮化硼，接着将功能化微米氮化硼与去离子水混合得到功能化微米氮化硼溶液。

对初混液进行超声分散的操作中，超声分散的功率为200W～1000W，超声分散的时间为6h～24h。

离心纯化后得到功能化微米氮化硼的操作具体为：待反应完成后将反应液过滤，保留滤渣并用去离子水洗涤滤渣至少三次，所述滤渣即为所述功能化微米氮化硼。

S30、将S20得到的功能化微米氮化硼水溶液和水溶性聚合物混匀后，采用真空抽滤的方式制得氮化硼纸。

S30中，微米氮化硼与水溶性聚合物的质量比为0.95：0.05～0.8：0.2。

水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

这种氮化硼纸的制备方法制得的氮化硼纸中，功能化微米氮化硼充当“砖”，水溶性聚合物充当“泥”，从而使得这种氮化硼纸的微观结构具有与贝壳类似的“砖-泥”结构，实现了功能化微米氮化硼的有序组装。相对于传统的氮化硼复合材料，这种氮化硼纸的制备方法制得的氮化硼纸兼具较佳的导热性能和力学强度。

上述氮化硼纸的制备方法制得的氮化硼纸，按照质量百分比计包括80％～95％的功能化微米氮化硼和5％～20％的水溶性聚合物。

功能化微米氮化硼为微米氮化硼采用表面活性剂表面处理后得到。

氮化硼纸的厚度为2μm～30μm。

微米氮化硼的粒径为2μm～18μm。

表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钙、十二烷基硫酸钠或胆酸钠。

水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

这种氮化硼纸的结构如图2所示，功能化微米氮化硼充当“砖”，水溶性聚合物充当“泥”，从而使得这种氮化硼纸的微观结构具有与贝壳类似的“砖-泥”结构，实现了功能化微米氮化硼的有序组装。相对于传统的氮化硼复合材料，这种氮化硼纸兼具较佳的导热性能和力学强度。

测试后发现，这种氮化硼纸的拉伸强度在100MPa以上，导热系数在6.0W/m.K以上。

下面为具体实施例。

实施例1

将粒径为2μm的氮化硼、十六烷基三甲基溴化铵和去离子水按质量比为1：0.05：20加入球磨罐中，调节球磨速度为100rpm球磨12h。将球磨后的初混液在功率为200W下超声6h，离心纯化后得功能化微米氮化硼水溶液。按照功能化微米氮化硼与聚乙烯醇的质量比为0.95：0.05将功能化微米氮化硼水溶液和聚乙烯醇混匀，采用真空抽滤方式制备仿贝壳结构的氮化硼纸。

采用动态热机械分析仪中的拉伸模式测量力学性能，采用激光散射法测量导热系数，测试后发现，实施例1制得的氮化硼纸的拉升强度为100MPa，导热系数为6.0W/m.K。

图3a和图3b分别天然贝壳与实施例1制得的氮化硼纸采用场发射电子扫描显微镜(FEI Nova Nano SEM)，加速电压10.0kV，放大倍数20万倍的情况下，拍摄得到的扫描电子显微镜图片。

由图3a和图3b可以看出，实施例1制得的氮化硼纸的微观结构与天然贝壳具有相似的有序性。

实施例2

将粒径为18μm的氮化硼、十二烷基苯磺酸钠和去离子水按质量比为1：0.1：50加入球磨罐中，调节球磨速度为500rpm球磨24h。将球磨后的初混液在功率为1000W下超声24h，离心纯化后得功能化微米氮化硼水溶液。按照功能化微米氮化硼与聚乙烯醇的质量比为0.8：0.2将功能化微米氮化硼水溶液和聚丙烯酰胺按混匀后，采用真空抽滤方式制备仿贝壳结构的氮化硼纸。

采用动态热机械分析仪中的拉伸模式测量力学性能，采用激光散射法测量导热系数。测试后发现，实施例2制得的氮化硼纸的拉升强度为105MPa，导热系数为6.5W/m.K。

实施例3

将粒径为10μm的氮化硼、十二烷基苯磺酸钙和去离子水按质量比为1：0.075：30加入球磨罐中，调节球磨速度为300rpm球磨18h。将球磨后的初混液在功率为400W下超声12h，离心纯化后得功能化微米氮化硼水溶液。按照功能化微米氮化硼与聚乙烯醇的质量比为0.9：0.1将功能化微米氮化硼水溶液和聚乙烯醇混匀后，采用真空抽滤方式制备仿贝壳结构的氮化硼纸。

采用动态热机械分析仪中的拉伸模式测量力学性能，采用激光散射法测量导热系数。测试后发现，实施例3制得的氮化硼纸的拉升强度为115MPa，导热系数为6.5W/m.K。

实施例4

将粒径为10μm的氮化硼、十二烷基硫酸钠和去离子水按质量比为1：0.1：50加入球磨罐中，调节球磨速度为200rpm球磨12h。将球磨后的初混液在功率为200W下超声12h，离心纯化后得功能化微米氮化硼水溶液。按照功能化微米氮化硼与聚乙烯醇的质量比为0.85：0.15将功能化微米氮化硼水溶液和聚乙烯醇混匀后，采用真空抽滤方式制备仿贝壳结构的氮化硼纸。

采用动态热机械分析仪中的拉伸模式测量力学性能，采用激光散射法测量导热系数。测试后发现，实施例4制得的氮化硼纸的拉升强度为120MPa，导热系数为6.0W/m.K。

实施例5

将粒径为10μm氮化硼、胆酸钠和去离子水按质量比为1：0.075：30加入球磨罐中，调节球磨速度为100rpm球磨24h。将球磨后的初混液在功率为500W下超声6h，离心纯化后得功能化微米氮化硼水溶液。按照功能化微米氮化硼与聚乙烯醇的质量比为0.85：0.15将功能化微米氮化硼水溶液和聚乙烯吡咯烷酮混匀后，采用真空抽滤方式制备仿贝壳结构的氮化硼纸。

采用动态热机械分析仪中的拉伸模式测量力学性能，采用激光散射法测量导热系数。测试后发现，实施例5制得的氮化硼纸拉升强度为125MPa，导热系数为6.9W/m.K。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种氮化硼纸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按照质量比为1：0.05～0.1：20～50将微米氮化硼、表面活性剂和去离子水混合后球磨得到初混液；

对所述初混液进行超声分散，离心纯化后得到功能化微米氮化硼，接着将所述功能化微米氮化硼与去离子水混合得到功能化微米氮化硼溶液；以及

将所述功能化微米氮化硼水溶液和水溶性聚合物混匀后，采用真空抽滤的方式制得所述氮化硼纸，其中，所述微米氮化硼与所述水溶性聚合物的质量比为0.95：0.05～0.8：0.2。

2.根据权利要求1所述的氮化硼纸的制备方法，其特征在于，所述微米氮化硼的粒径为2μm～18μm。

3.根据权利要求1所述的氮化硼纸的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钙、十二烷基硫酸钠或胆酸钠。

4.根据权利要求1所述的氮化硼纸的制备方法，其特征在于，所述将微米氮化硼、表面活性剂和去离子水混合后球磨的操作中，球磨采用球磨罐完成，球磨的速度为100rpm～500rpm，球磨的时间为12h～24h。

5.根据权利要求1所述的氮化硼纸的制备方法，其特征在于，所述对所述初混液进行超声分散的操作中，超声分散的功率为200W～1000W，超声分散的时间为6h～24h。

6.根据权利要求1所述的氮化硼纸的制备方法，其特征在于，所述离心纯化后得到功能化微米氮化硼的操作具体为：待反应完成后将反应液过滤，保留滤渣并用去离子水洗涤所述滤渣至少三次，所述滤渣即为所述功能化微米氮化硼。

7.根据权利要求1所述的氮化硼纸的制备方法，其特征在于，所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

8.一种氮化硼纸，其特征在于，所述氮化硼纸采用如权利要求1～7中任一项所述的氮化硼纸的制备方法制备得到；

所述氮化硼纸按照质量百分比计包括80％～95％的功能化微米氮化硼和5％～20％的水溶性聚合物；

所述功能化微米氮化硼为微米氮化硼采用表面活性剂表面处理后得到。

9.根据权利要求8所述的氮化硼纸，其特征在于，所述氮化硼纸的厚度为2μm～30μm。

10.根据权利要求8所述的氮化硼纸，其特征在于，所述微米氮化硼的粒径为2μm～18μm；

所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钙、十二烷基硫酸钠或胆酸钠；

所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。