[发明专利]一种具有平面取向的氮化硼膜及其制备方法、包含其的氮化硼复合膜、热界面材料和应用

说明书

本发明提供了一种氮化硼膜及其制备方法、包含其的氮化硼复合膜、热界面材料和应用，所述氮化硼膜由二维氮化硼纳米片组成，具有平面取向。本发明的热界面材料具有较高的导热性能以及优异的机械性能。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种氮化硼膜及其制备方法、包含其的氮化硼复合膜、热界面材料和应用。

背景技术

热界面材料以填充空气间隙的方式连接热源与热沉，保证电子设备在工作时产生的热量能够有效地从热源转移于热沉上以达到散热效果，在电子工业中扮演着重要的角色。传统的热界面材料主要是指一些高分子基体填充以高导热陶瓷颗粒，如氮化铝、氧化铝等；热导率大多为1-5 W/mK。但是随着电子工业的快速发展，传统的热界面材料已经难以满足随之提升的功率密度带来的散热问题。

氮化硼由于其极高的热导率以及高电阻率，也成为了一种常见的热界面材料，现已被广泛用于解决电子器件的散热问题。对于热界面材料，传统的应用方式是将氮化硼直接共混与高分子基体以达到导热增强的效果。然而，所得到的热界面材料的热导率难以超过10 W/mK，这种大相径庭的表现与氮化硼超高的本征热导率不符。这主要是因为像氮化硼纳米片和氮化硼纳米管这类低维材料的热导率是各向异性的，而传统的共混方式仅仅是这些各向异性填料随机分布于基体中，导致没有很好的利用这种各向异性特性。为了提高这种各向异性导热率的利用率，目前以氮化硼作为增强相来提高热界面材料的导热性能主要集中于构筑平面取向结构以达到较高的平面热导率。

目前构筑氮化硼平面取向结构的方式主要有真空抽滤，化学气相沉积法等，但是由于氮化硼自身极难分散的特性，导致最终得到的取向性以及热导率均达不到理想目标，目前制备高导热的各向异性氮化硼高分子材料仍是一个很大的难题。

此外，随着可穿戴电子产品的发展，柔性导热材料受到了越来越多的关注。柔性导热材料可以自由弯曲、卷绕、折叠，大大缩小电子产品的体积，是满足电子产品小型化和移动要求的唯一解决办法。在未来，柔性导热材料的市场需求将急剧增加。传统的导热复合材料多为环氧热塑性体，固化成型后没有柔性，无法满足可穿戴电子产品的需求。

CN106810877A公开了一种导热界面材料及其应用，该导热界面材料是由片层状填料和有机高分子材料基体形成的复合材料，其中，所述片层状填料有序定向排布于有机高分子材料基体中，所述填料在复合材料中所占的重量百分比为20-90%。该方法虽然可以保证片状材料定向排布，但是制备方法较复杂，并且机械性能无法满足应用要求。CN106832877A公开了一种垂直取向氮化硼/高聚物绝缘导热材料的制备方法，该方法首先使用多巴胺或硅烷偶联剂对氮化硼纳米片进行表面修饰，然后将上述修饰后的氮化硼纳米片涂覆在两层高聚物中间，再利用热压工艺将上述三层材料压成一定厚度的薄膜，最后将上述薄膜叠层成块体或者将其卷绕成一个圆柱体；制备方法较复杂且最后材料的机械性能无法满足应用要求。

综上，各向异性氮化硼高分子热界面材料的确拥有较高的理论导热性能，但是由于难以形成导热路径且机械性能欠佳，难以作为热界面材料使用，因此本领域亟需开发一种既能保证高导热、又能维持高机械性能的柔性高性能氮化硼基热界面材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化硼膜及其制备方法、包含其的氮化硼复合膜、热界面材料和应用。本发明提供的热界面材料具有较高的热导率并且机械性能优异。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种氮化硼膜，所述氮化硼膜由二维氮化硼纳米片组成，具有平面取向。

本发明提供的氮化硼膜具有平面取向，取向度较高，因此，本发明提供的氮化硼膜具有较高的平面导热率。

在本发明中，所述二维氮化硼纳米片的厚度为100-200 nm，例如120 nm、150 nm、180 nm等。

优选地，所述二维氮化硼纳米片的尺寸为2-5 μm。