摘 要

对于电子设备轻薄化的散热要求，导热材料至少要求具备质轻和绝缘这两个性能，所以高分子基绝缘导热材料便是这种场合下的优良选择。

氮化硼（BN）作为拥有着极高热导率、优良绝缘性能以及稳定性的无机非金属材料，能有效地改善高分子基体的导热性能，且再少量添加的情况下，其独特的微观结构还能够强化热塑性聚氨酯（TPU）基体本身异常优异的力学性能，在5wt%BN添加量的情况下，复合材料的拉伸强度达到了48.9MPa，相对于纯TPU提升了13.2%。该复合材料在50wt%BN添加量的情况下，热导率达到了3.06W/(m·K)，与纯的TPU的热导率相比提高了1290%。

通过浇铸成型工艺制备的TPU/BNNS复合材料，在添加了6wt%纯氮化硼纳米薄片（BNNS）时，复合材料的热导率为0.34W/(m·K)，相对于TPU提高了55%。

综上所述，BN是在保持高分子基体优良绝缘性能下改良高分子基体热导率的绝佳填料，在微电子科技蓬勃发展的今天，BN/TPU导热复合材料前途大好。

关键词：聚氨酯 氮化硼 氮化硼纳米片 导热 绝缘

Abstract

For the heat dissipation requirement of lightweight electronic equipment, the heat dissipation medium must have at least two properties: light weight and insulation, so the polymer-based insulating thermal conductive material is a good choice in this situation.

Boron nitride, as an inorganic non-metallic material with very high thermal conductivity, excellent insulation performance and stability, can effectively improve the thermal conductivity of polymer matrix, and with a small amount of addition, its unique microstructure can also strengthen the excellent mechanical properties of polyurethane matrix itself. With the addition of 5wt% boron nitride, the tensile strength of the composites reaches 48.9Mpa, which is 13.2% higher than that of pure TPU. The composite has a thermal conductivity of 3.057 W/m·K in the case of 50% boron nitride addition, which is equivalent to 1390% of the pure polymer matrix.

However, the thermal conductivity of BNNS/TPU composites with 6wt% pure boron nitride nanosheet added in casting process was 0.34 W/m·K.

In summary, boron nitride is an excellent filler to improve the thermal conductivity of polymer matrix while maintaining the excellent insulation performance of polymer matrix. Today, with the vigorous development of microelectronics technology, boron nitride/polyurethane composite system has a bright future.

Key words: polyurethane; boron nitride; boron nitride nanosheet; thermal; insulation

目 录

0

摘 要 1

Abstract 2

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2导热材料 1

1.2.1 常用导热材料基体 1

1.2.2 常用导热材料填料 2

1.3、材料的制备工艺 4

1.3.1 BN导热网络的构建工艺 4

1.3.2 BNNSs的制备工艺 5

第二章 实验部分 7

2.1 实验原料和设备 7

2.2 实验过程 8

2.2.1 BN/TPU复合材料的制备 8

2.2.2 BNNSs的制备 8

2.2.3 BNNSs/TPU复合材料的制备 9

2.3测试方法 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 BN/TPU复合材料 11

3.2 BNNSs的制备 15

3.3 BNNSs/TPU复合材料 16

第四章 结论与展望 19

参考文献: 20

致谢 22

绪论

1.1 引言

随着近年来电子设备越来越往轻薄和便携方面发展，无论是手机、平板电脑、便携式游戏机还是笔记本电脑，散热都成为了新型号设备的首要问题。相关资料表明，电子元器件的可靠性将随着温度每上升2℃下降10%，而且电子元器件在50℃时的使用寿命只有25℃时的1/6 ^[1]。如果不将芯片运算所产生的热量及时散出的话，高温不仅将影响设备的使用手感，还将严重影响设备的使用性能和使用寿命，甚至会导致外壳的弯曲和变形。因此，如何消散多余的热量成为了一个日益严峻的问题。而高分子基绝缘导热复合材料因为其绝缘，易加工，抗腐蚀，力学性能良好等优点愈来愈受到重视,并逐步取代使用Cu、Al、Ag等导电填料的导热材料。

但是高分子基体本身的低热导率限制了高分子基绝缘导热复合材料热导率的提高，例如聚酯等高分子材料是由不对称的极性链节所构成，整个分子链不能完全自由运动，只能发生原子、基团或链节的振动^[2]，所以高分子基复合材料的导热主要依赖于基体内填料之间互相接触而形成的导热网络，然后热流再通过声子在填料之间传递。

1.2导热材料

1.2.1 常用导热材料基体

常见的运用于微电子领域中的导热材料如导热硅胶片这类热界面材料其质量轻、加工性能优异、质地柔软、和散热表面贴合度高，适用于各种形状的电子元件的表面散热。由于其排除了散热器与发热元件表面低热导率的空气层，使得发热元件和散热器之间的热交换更加迅速，将散热器的散热效率由30%多提升至90%多^[3]。但其厚度无法做的非常薄，且和传热面之间存在界面热阻。

以有机硅酮为主要原料的导热硅脂则是添加了各种导热填料和助剂的膏状复合物，其对发热元件及散热器表面的界面润湿性更高，有效的填补了由于加工精度限制导致的接触面之间的空隙，而且由于其膏状的特点，它能填补例如中央处理器和图形处理器之类结构精密的原件与散热器之间的微小缝隙。但是其使用并不方便，若使用不慎沾到电路板上则极难清理且容易导致短路等严重问题。再者硅脂的使用寿命不长，在长时间的热交换后会变干、发硬且收缩产生孔洞，使得热导率和界面润湿程度严重降低，一般正常使用的发烧级笔记本电脑每半年需更换一次硅脂，这对于一些不宜经常拆装的组件来说可能会导致很多不确定的问题。

相关图片展示：