[發(fā)明專利]一種氮化硼包覆磺化石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710193557.5
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN108659457B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁錫鋒;陳錢;倪榮鳳;段明松;李輝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K13/06;C08K9/06;C08K3/38;C08K9/02;C08K3/04;C08G59/44
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發(fā)明公開了一種氮化硼包覆磺化石墨烯?環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。采用靜電自組裝方法，將氮化硼粒子包覆在磺化石墨烯表面，再將BN@SGO復(fù)合導(dǎo)熱填料用機(jī)械噴涂的方法添加到環(huán)氧樹脂基體中，實(shí)現(xiàn)氮化硼包覆磺化石墨烯復(fù)合填料在樹脂基體中均勻分布。本發(fā)明利用氮化硼低介電性能，并結(jié)合氮化硼和磺化石墨烯高導(dǎo)熱的特性，有效提高了環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱性且保持其低介電性，明顯改善傳統(tǒng)添加方案帶來的導(dǎo)熱不均勻問題。本發(fā)明的氮化硼包覆磺化石墨烯?環(huán)氧樹脂復(fù)合材料導(dǎo)熱性能優(yōu)異、介電性能良好、熱穩(wěn)定性優(yōu)良，在電子封裝材料領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導(dǎo)熱復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化硼包覆磺化石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著電子產(chǎn)品的集成化和微型化進(jìn)程加速，對電子封裝材料的要求也日趨嚴(yán)格與多樣化。電子產(chǎn)品的高負(fù)荷長時(shí)間運(yùn)行，導(dǎo)致其自身產(chǎn)生大量的熱量，這就對其基體的散熱能力提出了極大挑戰(zhàn)。現(xiàn)在市場上主流的電子材料基體主要是環(huán)氧樹脂(EP)復(fù)合材料，其具有黏結(jié)性能好、固化收縮率小、工藝穩(wěn)定、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。但是，環(huán)氧樹脂自身導(dǎo)熱系數(shù)過低，無法滿足電子材料的導(dǎo)熱需求，因此，需要通過添加高導(dǎo)熱填料的方式來提高其導(dǎo)熱性能。常用的導(dǎo)熱填料一般有銅粉、錫粉、氧化鋁、氮化硅、氮化鋁等。石墨烯成為近年研究的熱點(diǎn)，Shahil等采用溶液法制備石墨烯環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，研究結(jié)果表明：即使加入極少量的石墨烯，也能有效提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率；當(dāng)(石墨烯)＝5％(相對于EP體積而言)時(shí)，相應(yīng)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可提高5～10倍(SHAHIL.KMF,et al.Thermal properties ofgraphene：Application sin thermal interface materials[J].ECST ransactions，2011，35(3)：193-199.)。但由于石墨烯特殊的大π鍵共軛的電子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其層間存在很大的范德華引力，其片層極易重新發(fā)生團(tuán)聚和堆砌，并且石墨烯水溶性不足，導(dǎo)致其難以在水溶液中進(jìn)行表面改性，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。

氧化石墨烯(GO)是在氧化-還原法制備石墨烯材料過程中產(chǎn)生的一種重要的石墨烯衍生物，但與石墨烯不同的是，氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中含有大量的含氧官能團(tuán)，使得氧化石墨烯極易吸水且能在水溶液體系中形成穩(wěn)定的分散液。但由于氧化石墨烯的強(qiáng)親水性、弱親油性導(dǎo)致它無法在很多常用的有機(jī)溶體系中穩(wěn)定的分散和剝離，這給氧化石墨烯在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用帶來一定的障礙。Tao Huang等利用氮化硼包覆氧化石墨烯制備環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，當(dāng)BN@GO復(fù)合填料為40wt％時(shí)，復(fù)合體系導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)2.23W·m^-1·K^-1，導(dǎo)熱性能顯著提高，但石墨烯的引入同時(shí)也使得材料熱穩(wěn)定性能和介電性能下降(Tao Huang,etal.Boron nitride@graphene oxide hybrids for epoxy composites with enhancedthermal conductivity[J].RSC Advances.2016,6,35847-35854.)。

磺化石墨烯(SGO)是將磺酸基引入到氧化石墨烯的端部基團(tuán)上，并對得到的產(chǎn)物進(jìn)行部分還原，從而減少氧化性基團(tuán)，保留磺酸基而得到的改性氧化石墨烯。這種改性的SGO可以很好的改良石墨烯水溶性，使之更有利于在水溶液或者有機(jī)溶液體系中表現(xiàn)出優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)。但是SGO本身具有良好的導(dǎo)電性能，又無法滿足復(fù)合材料的低介電要求，并且，利用磺化石墨烯作為導(dǎo)熱填料填充環(huán)氧樹脂制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料，目前未見相關(guān)報(bào)道。