BN@Fe_3O_4双层核P复合材料的制备及性能研究.pdf
哈尔滨理工大学理学硕士学位论文
BN@FeO双层核壳粒子及磁取向BN@FeO/EP复
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合材料的制备及性能研究
摘要
第三代半导体电子封装材料的不断进步,推动了新兴大功率电子领域的进
一步发展,从而导致电子器件的设计理念向集成化及高频化方向靠拢。六方氮
化硼(h-BN)作为一种具有高导热性、高热稳定和高硬度的优秀陶瓷基二维绝
缘材料,广泛应用于科技制造的前沿领域。然而其较高的比表面积易团聚,限
制了其电子封装领域的应用。为了提升导热性能,h-BN填充型导热复合材料普
遍具有较高的填充量,高填充h-BN复合材料无法同时维持复合材料的力学性
能和绝缘性能。因此,降低填充量增加复合材料面外取向可以有效提升填料在
基体内部的面外传导效率。磁取向由于独特的外场可控作用,在生物医学方面
应用广泛,但在温度较高情况下,受磁源本身不耐热的限制,实现高温磁取向
相对困难。
本文首先制备了以h-BN为核,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、
聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为接枝层的单层核壳粒子(m-BN);以h-BN为核,聚
苯乙烯磺酸钠(PSS)为接枝层的单层核壳粒子(n-BN);以h-BN为核,聚多
巴胺(PDA)为接枝外层的单层核壳粒子(BN@PDA)。在构建了三种单层核壳
粒子之后,通过离子共沉淀法将四氧化三铁(FeO)粒子沉积在它们表面,调
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节NaOH溶液向分散液中的注射速率,合成了双层结构的BN@FeO核壳粒子,
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对控制BN@FeO核壳粒子包覆密度的影响因素进行了分析。最后将双层结构
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的BN@FeO核壳粒子填充到环氧树脂(EP)基体后,通过顶部磁取向伴随底
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部加热的初步预凝胶工艺,使BN@FeO可以在EP预凝胶状态下,完成粉体
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在基体内部的面外方向的有序排列,构建了3D导热网络。对填充量与磁场强度
在构建面外3D网络结构及其对复合材料导热性能的影响进行了分析。
研究结果证实,在复合材料顶部施加磁场时,BN@FeO粉体在基体内部的
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面外方向可以构建三维导热网络,促进了复合材料的面外传导效率。通过控制
粉体填充量、磁场强度,结合复合材料的力学性能及绝缘性能,探究出满足微
电子领域封装需求的面外导热BN@FeO/EP复合材料,并通过二次高温固化保
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证了复合材料的耐热性能。当BN@FeO粉体填充量为25vol%、面外垂直方向
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的磁取向强度为60mT时,通过磁取向预凝胶伴随二次高温固化工艺处理的
BN@FeO/EP复合材料的综合性能最佳,纵向传热效果提升明显,面外热导率
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为1.832W/(m·K),比纯EP提高了97.6%;最大使用温度为168℃,比纯EP提
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