[發明專利]一種高導熱聚離子液體/氮化硼復合絕緣材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202310243542.0
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116178618B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 齊中華;李洪飛
• 申請（專利權）人: 杭州藍碳新材料有限公司
• 主分類號: C08F220/34
• 分類號: C08F220/34;C08F222/14;C08F2/44;C08K3/38;C09K5/14
• 代理公司: 北京華際知識產權代理有限公司 11676
• 代理人: 鄧榮貴

本發明公開了一種高導熱聚離子液體/氮化硼復合絕緣材料及其制備方法。將聚離子液體單體、氮化硼粉末、交聯劑和引發劑混合均勻，原位聚合而成，復合材料在獲得高熱導率的同時，具有高的機械強度、絕緣性和阻燃性，其中，聚離子液體的陰離子可調，通過改變分子間氫鍵作用力的大小，提高聚離子液體基體的本征熱導率，聚離子液體的熱導率遠高于傳統聚合物，同時，聚離子液體中陰離子有阻燃能力，使聚離子液體具有優異的阻燃性；其次，聚離子液體中的官能團還能與無機氮化硼填料材料形成氫鍵，使填料緊密結合，有效降低界面熱阻，進一步提高復合材料的熱導率。

技術領域

本發明屬于導熱絕緣材料制備領域，涉及一種高導熱聚離子液體/氮化硼復合絕緣材料及其制備方法。

背景技術

更小、更高功率密度是現代電子設備的發展方向，然而這導致了電子設備發熱嚴重的問題，如果不能及時散熱，將嚴重危害電子元器件的正常運行，甚至造成設備損壞。電子元器件的散熱問題成為現階段工業界和學術界的研究重點。目前，電子元器件散熱通常采用自然、強制、制冷、熱傳導、液體和熱隔離等。其中，傳導技術具有優異的導熱特性和等溫特性，在應用中具有熱流密度可變性、恒溫特性優、快速適應環境等優點，在電氣設備、電子元器件冷卻以及半導體元件的散熱方面中應用廣泛。

為了實現電子器件中的快速熱傳導，需要散熱性能優異的材料。理想的散熱材料不僅需要具有高的導熱性，還需具備良好的電絕緣、機械性能、耐熱性，甚至阻燃性。金屬或陶瓷材料具有高的熱導率，但是其導電性或易脆性不適合用于電子器件的散熱。與金屬或陶瓷相比，聚合物材料具有明顯的優勢，包括絕緣性、可彎折性、質輕、易加工等。但是，聚合物材料的熱導率低（通常在0.1-0.3?W?m^-1?K^-1），限制了其應用。復合聚合物和高導熱填料制備填充型導熱材料，是開發散熱材料最常見的方法。現有工藝仍然面對兩個難題：一是聚合物熱導率低；二是聚合物和陶瓷填料間相容性差，界面熱阻大，阻礙了復合材料熱導率的提高。因此，急需開發新型高導熱聚合物。聚離子液體（polymer?ionic?liquid，PIL）是由離子液體聚合而成，兼具了離子液體的諸多特性（阻燃、穩定性高等）和聚合物可加工性。氮化硼（Boron?Nitride，BN）是一種新型的二維材料，由硼元素和氮元素組成，具有高本征熱導率、優異的化學穩定性和絕緣性。聚離子液體結構單元中含有大量官能團，能與BN填料形成氫鍵，有助于消除界面熱阻。此外，聚離子液體的離子單元在受熱的條件下可以發生離子交換，有助于熱量的傳輸。本專利開發的聚離子液體具有遠高于傳統聚合物的熱導率。將聚離子液體和BN填料相結合，能夠取長補短，制備出高導熱聚離子液體/氮化硼復合絕緣材料。

發明內容

本發明的目的在于克服現有填充型導熱復合材料中的問題，提供一種具有高導熱、絕緣性好、穩定性高和易制備等特點的復合材料及其制備方法。重點是合成了一種新型季銨鹽型離子液體單體，離子液體單體與BN導熱填料、交聯劑、引發劑混合均勻，原位聚合形成復合導熱材料。制備的復合導熱材料具備以下特征：（1）聚離子液體結構單元中含有大量官能團，分子間易形成氫鍵，提高了聚離子液體的本征熱導率；（2）聚離子液體側基含有離子基團，在熱的作用下，離子間發生交換反應，傳遞能量，有助于熱量的傳遞；（3）季銨鹽離子基團和BN中的N原子形成氫鍵，使聚合物和BN顆粒緊密結合，消除界面熱阻，提高了復合材料的熱導率；（4）BN顆粒具有寬的帶隙，其絕緣性好，阻斷了電子在復合材料中的運動，提高了電絕緣性；（5）聚離子液體和BN顆粒都具有阻燃性，賦予復合材料優異的阻燃性。本方法適合大批量生產、不涉及有腐蝕性化學試劑的使用、且易于操作。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：