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Herstellung eines PDMS-Verbundwerkstoffs mit hoher Leitfähigkeit und Wärmedämmung durch Bornitridfüllung

Feb 18, 2020

Mit der Entwicklung elektronischer Geräte in Richtung hoher Leistung und Intelligenz wird das Problem der Wärmespeicherung immer ernster. Polymerverbundwerkstoffe mit hoher Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Isolierung sind potenzielle Mittel zur Lösung des Überhitzungsproblems elektronischer Geräte. In dieser Arbeit wurde Polydimethylsiloxan (PDMS) mit Bnns und S-Bn Hochgeschwindigkeitsscherglas gefüllt. Die Wärmeleitfähigkeit des Verbundstoffs betrug 1,16 W / mk bei 35 Gew .-%, was dem Fünffachen der von reinem PDMS entsprach. Gleichzeitig betrugen der Volumenwiderstand und die elektrische Durchschlagfestigkeit des BN / PDMS-Verbundwerkstoffs 7,5 × 10 13 Ω. Cm bzw. 39,8 V / um, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufwiesen. Sie zeigen den potenziellen Anwendungswert im Bereich des Wärmemanagements.

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Fig. 1 (a) schematisches Diagramm der Herstellung eines Bornitrid-Nanoblattes (bnns) durch mechanisches Strippen (b) bnns-Ausbeute unter verschiedenen Zyklen (c) bnns-Suspension

Bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen wurde zunächst die Bornitrid-Nanoblatt (bnns) durch mechanisches Abstreifen der Bornitrid-Mikrofolie (h-BN) hergestellt. Die durchschnittliche Teilchengröße der abgestreiften Bnns betrug 0,8 um und die durchschnittliche Dicke des Films betrug 57,8 nm . Die Ergebnisse des TEM-Tests von BNN-Nanoflocken bestätigten auch die relevanten Testdaten. Gemäß den relevanten Testergebnissen liegt der Abstand zwischen N- und B-Atomen in BN-Nanoblättern nahe bei 1,43a, was sehr nahe am theoretischen Wert von 1,44a liegt.

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2 SEM-Diagramm (a) h-bn (b) s-bn (C) BNNS; AFM-Figur (d) BNNS; Das Histogramm zeigt die Größenverteilung von h-bn, s-bn und BNNS und die Dickenverteilung von BNNS

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Abb. 3 TEM-Bild und Geometriediagramm des BN-Nanoblattes

BN / PDMS-Verbundstoffe mit unterschiedlichem Füllverhältnis wurden durch Mischverfahren hergestellt. Wie in Fig. 4 (a) gezeigt, ist die Wärmeleitfähigkeit der Verbundmaterialien unter verschiedenen Füllverhältnissen jeweils aufgeführt. Es ist ersichtlich, dass die Wärmeleitfähigkeit mit zunehmendem Füllverhältnis zunimmt. Unter einer Füllung von 35 Gew .-% erreicht die Wärmeleitfähigkeit von bnns / PDMS 1,16 W / mk, während die von s-bn / PDMS 0,77 W / mk beträgt. Fig. 4 (b) zeigt die Änderung der Wärmeleitfähigkeit des Verbundstoffs bei verschiedenen Temperaturen. Aus der Figur ist ersichtlich, dass die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs grundsätzlich zwischen 25 und 100 ° C stabil ist. Gleichzeitig ändert sich während des Heiz- / Kühlzyklus die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs geringfügig, und der Wert ist im gleichen Temperaturänderungsprozess im Wesentlichen stabil. Fig. 4 (d) zeigt die optischen und thermischen Bilder jedes Materials. Die Oberflächentemperaturen von bnns / PDMS, s-bn / PDMS und PDMS betrugen 91 ° C, 86 ° C bzw. 83 ° C, wenn sie 90 Sekunden lang auf dieselbe Anfangstemperatur (29 ° C) erhitzt wurden. Es ist ersichtlich, dass die Wärmeübertragungsleistung von bnns / PDMS die beste der drei ist. In dem Verbundwerkstoff baut das BNN-Netzwerk einen Wärmeleitungspfad auf (5 (c)), wodurch der Wärmewiderstand der Grenzfläche effektiv verringert wird.

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Fig. 4 (a) Wärmeleitfähigkeit bei unterschiedlicher Füllmenge (b) Wärmeleitfähigkeit bei unterschiedlicher Temperatur (c) Änderung der Wärmeleitfähigkeit während des Heiz- / Kühlzyklus (d) optisches und thermisches Bild jedes Materials (E) Änderung der Temperaturzeit während des Erhitzens Kühlprozess jedes Materials

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Fig. 5 (a) REM und Wärmeleitungsmechanismus von (a) bnns / PDMS und (b) s-bn / PDMS-Verbundwerkstoff (c) bnns (d) s-bn

Beim Test des Volumenwiderstands und der Durchschlagfestigkeit des Verbundwerkstoffs ist der Volumenwiderstand des Verbundwerkstoffs im Vergleich zu reinem PDMS leicht erhöht, und der Volumenwiderstand von bnns / PDMS und s-bn / PDMS beträgt 7,5 × 10 13 Ω. Cm und 2,3 x 1014 Ω. Cm jeweils bei 10 Gew .-% Füllmenge. Der spezifische Volumenwiderstand von s-bn / PDMS ist bei gleicher Füllmenge höher als der von bnns / PDMS. P6

Abbildung 6: Schematische Darstellung und Datenvergleich des Volumenwiderstands- und Durchschlagfestigkeitstests von Bnns / PDMS- und S-Bn / PDMS-Verbundwerkstoffen