以纳米bn为添加剂的导热胶的制备与性能研究.pdf

河北工业大学 硕士学位论文 以纳米BN为添加剂的导热胶的制备与性能研究 姓名：何延如 申请学位级别：硕士 专业：材料物理与化学 指导教师：唐成春 20100301 河北工业大学硕士学位论文 i 以纳米 BN 为添加剂的导热胶的制备与性能研究 摘 要 本文通过不同的方法， 采用不同的表面改性剂对纳米 BN 进行了表面改性， 利用 SEM、 FT-IR、激光粒度仪等分析检测手段对改性之后的纳米 BN 进行了表征并将改性之后纳米 BN 作为添加剂，加入到环氧树脂基体中制备了导热胶，利用导热系数测试仪和热重分析 等性能测试方法研究了其热学性能，分析了 BN 纳米球对导热胶性能的影响 1. 根据 BN 纳米球的结构和表面性质，选用了几种表面改性剂，包括聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、硅烷偶联剂 KH570、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，采用不同方法对 BN 纳米球进行了表面改性研究通过测 试发现，PVP 和 EDTA-2Na 的表面改性效果比较好对这二者改性之后的 BN 纳米球进行 了 SEM、FT-IR 和激光粒度分析，结果表明，改性之后 BN 纳米球的分散性均有所提高。

2. 为了确保每次实验中环氧树脂基体的粘度相同，经测试，非活性稀释剂质量分数超 过 15%时环氧树脂粘度基本趋于稳定，不会对实验中添加纳米粒子产生不同的影响，所以 以此作为非活性稀释剂的最佳添加量 3. 通过 FT-IR 简单的测得环氧树脂的固化工艺为：60℃固化 12h 4. 在确定的粘度和固化工艺条件下，对导热胶进行了导热系数和热稳定性测试，结果 表明，改性之后的 BN 纳米球都使导热胶的导热性和热稳定性得到了提高PVP 表面包覆 改性的 BN 纳米球作为添加剂时，导热胶的导热系数提高了 56.12%，热分解温度提高了 29.8℃；EDTA-2Na 表面化学改性的 BN 纳米球作为添加剂时，导热胶的导热系数提高 了 35.97%，热分解温度提高了 23.5℃ 关键词：环氧树脂，BN 纳米球，导热胶，表面改性，性能 以纳米 BN 为添加剂的导热胶的制备与性能研究 ii PREPARATION AND PROPERTIES OF THERMAL ADHESIVE OF NANO-BN AS ADDTTIVE ABSTRACT In this paper nano-BN were surface modified by different surface modifying agents and different approachs.SEM, FT-IR and Laser particle size analysis were carried out to characterize the dispersion of modified nano-BN. Modified nano-BN were added into the epoxy matrix to form thermal adhesive, using thermal conductivity tester and thermogravimetry analysis methods to test the thermal performances of thermal adhesive. The result showed that modified BN nanospheres improved the thermal properties of thermal adhesive. 1. According to the structure and surface properties of BN nanospheres, using several surface modifying agents, including polyvinylpyrrolidone(PVP), ethylenediaminetetraacetic acid disodium(EDTA-Na2), silane coupling agents KH570, sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS), hexadecyl trimethyl ammonium Bromide(CTAB),and different approachs to modify BN nanospheres. Testing results showed that PVP and EDTA-Na2 modified BN nanospheres were better. SEM, FT-IR and Laser particle size analysis test results showed that the dispersion of modified BN nanospheres were better than nonmodified BN nanospheres. 2. In order to ensure that the viscosity of epoxy matrix was same in every experiment, testing showed, when the mass fraction of non-reactive diluents was 15%, the viscosity of epoxy resin was basic stabilizing, it did not have different effects for nano-particle added into epoxy. So 15wt% is the best dosage of non-reactive diluent. 3. By FT-IR testing, we found the most suitable curing process for epoxy: curing 12h at 60℃. 4. Under the conditions of determined viscosity and curing process, the thermal conductivity and thermal stability of thermal adhesive were tested. It showed that the BN nanospheres modified by PVP or EDTA-2Na can increase thermal conductivity and thermal stability of the thermal adhesive. The PVP surface grafted BN nanospheres made the thermal conductivity of thermal adhesive increasing 56.12%, the thermal decomposition temperature increasing 29.8. The EDTA℃-2Na surface chemical modified BN nanospheres made the thermal 河北工业大学硕士学位论文 iii conductivity of thermal adhesive increasing 35.97%, the thermal decomposition temperature increasing 23.5.℃ KEY WORDS: epoxy, BN nanospheres, thermal adhesive, surface modification, property 以纳米 BN 为添加剂的导热胶的制备与性能研究 vi 符号说明 PVP——聚乙烯吡咯烷酮 E-51——环氧树脂 EDTA-2Na——乙二胺四乙酸二钠 SDBS——十二烷基苯磺酸钠 CTAB——十六烷基三甲基溴化铵 DMF——N,N-二甲基甲酰胺 λ——导热系数，W/(m·K) 原创性声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的 成果。

除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的 作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料对本论文所涉及的研究工 作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明本学位论文原创性声明 的法律责任由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明 关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采 用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部 分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交 流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 引言 随着科学技术和工业生产的飞速发展，人们对电子产品的要求越来越高，电子产品正 向小型化、薄型化、多功能化、低成本化的方向发展而诸如电子元器件和集成电路的热 扩散等相关问题的处理对电子产业是至关重要的，它限制着微电子产品的性能、速度、可 靠性和进一步小型化的发展[1-2]。

高导热、高热稳定性、环保的导热绝缘封装材料是电子产 业的迫切需求，这就对传统的电子导热封装材料提出了新的挑战[3]电子导热封装材料的 种类很多，主要有以下三种：环氧树脂、有机硅和聚氨酯其中环氧树脂的应用最广泛， 所以国内外各大院校和研究机构对由环氧树脂作为基体材料的导热封装材料进行了大量 研究目前，纳米材料以其自身优于传统材料的性能而被广泛地应用于各领域，以具有高 导热性的纳米结构作为添加剂改性环氧树脂基体，制备具有优异热学性能的纳米复合导热 封装材料是一项具有重要意义的研究课题本文就是用 BN 纳米球对环氧树脂基体进行了 改性制得具有高导热性和高热稳定性的导热胶 1.2 环氧树脂的概述 环氧树脂是泛指含有两个或两个以上环氧基(-CH(O)CH-)，以脂环族、芳香族或脂肪 族等有机化合物为骨架，且能够通过环氧基团反应而形成热固性产物的高分子低聚体环 氧树脂中含有独特的环氧基、醚键、羟基等活性基团和极性基团，从而具有许多优异的性 能[4] 环氧树脂具有优异的介电性能、力学性能、粘接性能、耐腐蚀性能，并具有固化收缩 率和热膨胀系数小，成品尺寸稳定性好，工艺操作性好等特点，其综合性能极佳，而且环 氧树脂配方设计非常灵活多样，这就使得环氧树脂能满足各种专业性能的要求，用途非常 广泛[5]。

比如环氧树脂能制成复合材料、涂料、胶粘剂、浇铸料、注射成型材料等等，从 而在国民经济的各个领域中得到了广泛的应用，特别是在电子电器领域的应用最为突出， 并且其增长势头很猛以 1998 年世界主要消费环氧树脂的国家及地区为调查对象，结果 发现用于电子电器领域的环氧树脂占各国家或地区环氧树脂总消费量的比例分别为：日本 40%，西欧 24%，美国 19%，而我国只占 13%[6]随着我国各方面的发展，特别是电子电 器工业的飞速发展，预计环氧树脂在电子电器领域中的应用必将会有大幅度的增长 环氧树脂在电子电器领域的主要应用有：电子器件绝缘封装材料的浇注；电子元器件 以纳米 BN 为添加剂的导热胶的制备与性能研究 2 的灌封绝缘材料；环氧绝缘涂料、绝缘胶粘剂等绝缘材料[4,7] 1.3 以环氧树脂为基体的导热胶的研究进展 1.3.1 以环氧树脂为基体的导热胶的组成和基本特性 以环氧树脂为基体的。