耐高溫高導(dǎo)熱絕緣氮化硼粉體的不同類型特性

從4G時(shí)代進(jìn)入5G時(shí)代，智能手機(jī)芯片性能、數(shù)據(jù)傳輸速率、射頻模組等都有著巨大提升，無(wú)線充電、NFC等功能逐漸成為標(biāo)配，手機(jī)散熱壓力持續(xù)增長(zhǎng)。5G手機(jī)散熱的主流方案，高導(dǎo)熱材料、并加速向超薄化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化和低成本方向發(fā)展，技術(shù)迭代正在加速進(jìn)行。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子器件因熱集中引起的材料失效占總失效率的65-80%。為避免過熱帶來的器件失效，導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱凝膠、石墨導(dǎo)熱片、熱管和均熱板（VC）等技術(shù)相繼出現(xiàn)、持續(xù)演進(jìn)，散熱管理已經(jīng)成為5G時(shí)代電子器件的“硬需求”。

氮化硼六方晶系結(jié)晶，常見為石墨晶格，也有無(wú)定形變體， 氮化硼是由氮原子和硼原子所構(gòu)成的晶體。化學(xué)組成為43.6%的硼和56.4%的氮，除了六方晶型（六方氮化硼h-BN）以外，氮化硼還有其他晶型，包括：菱方氮化硼（r-BN)、立方氮化硼（c-BN）、纖鋅礦型氮化硼（w-BN)。人們甚至還發(fā)現(xiàn)像石墨稀一樣的二維氮化硼晶體。

六方片狀氮化硼粉體電鏡圖DCB-F系列5-30微米

通常制得的氮化硼是石墨型結(jié)構(gòu)，俗稱為白色石墨。另一種是金剛石型，和石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸脑眍愃?，石墨型氮化硼在高溫?800℃）、高壓（8000Mpa）[5~18GPa]下可轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎傂偷?。是新型耐高溫的超硬材料，用于制作鉆頭、磨具和切割工具。

物質(zhì)特性：

氮化硼具有抗化學(xué)侵蝕性質(zhì)，不被無(wú)機(jī)酸和水侵蝕。在熱濃堿中硼氮鍵被斷開。1200℃以上開始在空氣中氧化。真空時(shí)約2700℃開始分解。微溶于熱酸，不溶于冷水，相對(duì)密度2.29。壓縮強(qiáng)度為170MPa。在氧化氣氛下使用溫度為900℃，而在非活性還原氣氛下可達(dá)2800℃，但在常溫下潤(rùn)滑性能較差。氮化硼的大部分性能比碳素材料更優(yōu)。對(duì)于六方氮化硼：摩擦系數(shù)很低、高溫穩(wěn)定性很好、耐熱震性很好、強(qiáng)度很高、導(dǎo)熱系數(shù)很高、膨脹系數(shù)較低、電阻率很大、耐腐蝕、可透微波或透紅外線。

但是 h-BN 的疏水特性使其在聚合物基體中的分散性較差，很容易發(fā)生填料團(tuán)聚的現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的聲子散射，影響熱量的有序傳輸。如何提升 h-BN 在聚合物基體中的分散性是解決這一問題的有效方法。

當(dāng)聚合物基體中引入h-BN 填料時(shí)，由于復(fù)合體系內(nèi)接觸界面增多且填料間易發(fā)生團(tuán)聚，造成了復(fù)合體系內(nèi)部界面熱阻較大，不利于導(dǎo)熱性能的有效提升。為了解決這一問題，改善填料在聚合物基體中的分散性尤為關(guān)鍵。

層內(nèi)共價(jià)相連的方式使得 h-BN表面的活性自由基較少，很難與聚合物基體結(jié)合，極易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，影響導(dǎo)熱性能的提升。通過對(duì) h-BN 進(jìn)行表面改性，提升其與聚合物基體之間的界面相互作用，不僅解決了填料與基體之間分散性較差的問題，同時(shí)還能降低填料與基體之間的界面熱阻。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)：

六方氮化硼（h-BN）這種二維結(jié)構(gòu)材料，又名白石墨烯，看上去像的石墨烯材料一樣，僅有一個(gè)原子厚度。但是兩者很大的區(qū)別是六方氮化硼是一種天然絕緣體而石墨烯是一種完美的導(dǎo)體。與石墨烯不同的是，h-BN的導(dǎo)熱性能很好，可以量化為聲子形式（從技術(shù)層面上講，一個(gè)聲子即是一組原子中的一個(gè)準(zhǔn)粒子）。有材料專家說道：“使用氮化硼去控制熱流看上去很值得深入研究。我們希望所有的電子器件都可以盡可能快速有效地散射。而其中的缺點(diǎn)之一，尤其是在對(duì)于組裝在基底上的層狀材料來說，熱量在其中某個(gè)方向上沿著傳導(dǎo)平面散失很快，而層之間散熱效果不好，多層堆積的石墨烯即是如此。”與石墨中的六角碳網(wǎng)相似，六方氮化硼中氮和硼也組成六角網(wǎng)狀層面，互相重疊，構(gòu)成晶體。晶體與石墨相似，具有反磁性及很高的異向性，晶體參數(shù)兩者也頗為相近。