[发明专利]一种高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料及其制备方法。将聚离子液体单体、氮化硼粉末、交联剂和引发剂混合均匀，原位聚合而成，复合材料在获得高热导率的同时，具有高的机械强度、绝缘性和阻燃性，其中，聚离子液体的阴离子可调，通过改变分子间氢键作用力的大小，提高聚离子液体基体的本征热导率，聚离子液体的热导率远高于传统聚合物，同时，聚离子液体中阴离子有阻燃能力，使聚离子液体具有优异的阻燃性；其次，聚离子液体中的官能团还能与无机氮化硼填料材料形成氢键，使填料紧密结合，有效降低界面热阻，进一步提高复合材料的热导率。

技术领域

本发明属于导热绝缘材料制备领域，涉及一种高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料及其制备方法。

背景技术

更小、更高功率密度是现代电子设备的发展方向，然而这导致了电子设备发热严重的问题，如果不能及时散热，将严重危害电子元器件的正常运行，甚至造成设备损坏。电子元器件的散热问题成为现阶段工业界和学术界的研究重点。目前，电子元器件散热通常采用自然、强制、制冷、热传导、液体和热隔离等。其中，传导技术具有优异的导热特性和等温特性，在应用中具有热流密度可变性、恒温特性优、快速适应环境等优点，在电气设备、电子元器件冷却以及半导体元件的散热方面中应用广泛。

为了实现电子器件中的快速热传导，需要散热性能优异的材料。理想的散热材料不仅需要具有高的导热性，还需具备良好的电绝缘、机械性能、耐热性，甚至阻燃性。金属或陶瓷材料具有高的热导率，但是其导电性或易脆性不适合用于电子器件的散热。与金属或陶瓷相比，聚合物材料具有明显的优势，包括绝缘性、可弯折性、质轻、易加工等。但是，聚合物材料的热导率低（通常在0.1-0.3 W m^-1 K^-1），限制了其应用。复合聚合物和高导热填料制备填充型导热材料，是开发散热材料最常见的方法。现有工艺仍然面对两个难题：一是聚合物热导率低；二是聚合物和陶瓷填料间相容性差，界面热阻大，阻碍了复合材料热导率的提高。因此，急需开发新型高导热聚合物。聚离子液体（polymer ionic liquid，PIL）是由离子液体聚合而成，兼具了离子液体的诸多特性（阻燃、稳定性高等）和聚合物可加工性。氮化硼（Boron Nitride，BN）是一种新型的二维材料，由硼元素和氮元素组成，具有高本征热导率、优异的化学稳定性和绝缘性。聚离子液体结构单元中含有大量官能团，能与BN填料形成氢键，有助于消除界面热阻。此外，聚离子液体的离子单元在受热的条件下可以发生离子交换，有助于热量的传输。本专利开发的聚离子液体具有远高于传统聚合物的热导率。将聚离子液体和BN填料相结合，能够取长补短，制备出高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有填充型导热复合材料中的问题，提供一种具有高导热、绝缘性好、稳定性高和易制备等特点的复合材料及其制备方法。重点是合成了一种新型季铵盐型离子液体单体，离子液体单体与BN导热填料、交联剂、引发剂混合均匀，原位聚合形成复合导热材料。制备的复合导热材料具备以下特征：（1）聚离子液体结构单元中含有大量官能团，分子间易形成氢键，提高了聚离子液体的本征热导率；（2）聚离子液体侧基含有离子基团，在热的作用下，离子间发生交换反应，传递能量，有助于热量的传递；（3）季铵盐离子基团和BN中的N原子形成氢键，使聚合物和BN颗粒紧密结合，消除界面热阻，提高了复合材料的热导率；（4）BN颗粒具有宽的带隙，其绝缘性好，阻断了电子在复合材料中的运动，提高了电绝缘性；（5）聚离子液体和BN颗粒都具有阻燃性，赋予复合材料优异的阻燃性。本方法适合大批量生产、不涉及有腐蚀性化学试剂的使用、且易于操作。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：