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天元航材是一家擁有50余年的生產技術工藝沉淀的化工原料廠家,主營產品有六方氮化硼(白石墨、HBN)等氮化硼化工原料產品。今天,小編給大家介紹下關于氮化硼導熱性能的相關知識,氮化硼導熱性能如何?為什么六方氮化硼可以用來充當導熱填料呢?一起來看看吧!
隨著科學技術的進步和發展,現代電子信息產業迅速發展,人們對電子設備功率的需求不斷提高。快速有效的冷卻能力和電子和電氣冷卻系統的升級已成為現代小型化電子產品制備工作的關鍵。現階段,加入導熱性填料以提高聚合物基體的導熱性,解決新一代高功率、高集成、小電子器件的散熱問題,已成為主流解決方案。
此外,重要的是要知道固體被分為金屬、半導體和絕緣體,這三種物質都有各自的導熱性特性。三者的導熱性能都是用熱導率來表示,同時熱導率也稱為“導熱系數”。是指在物質內部垂直在導熱性方位取2個距離1米,總面積為1平方米的平行面,,若2個平面的溫度差距1K,即在1秒左右由一個平面傳輸至另外一個平面的熱量就設定為物質的熱導率。
而固體中的熱傳導載流子主要分為電子、光子和聲子三種類型。
電子:在遷移過程中,電子會攜帶大量的能量,從而發揮熱傳導的作用,但在電絕緣材料中,電子會被束縛;
光子:只有在透射性良好的材料中,光子才能發揮熱傳導的作用。
聲子:聲子是一個“晶格振動的簡單正模能量量子”,而不是一個真正的粒子。它通過將能量依次轉移到相鄰的分子或原子來完成熱傳導過程。聲子的本質是將晶格的振動想象為熱傳導載流子的運動和傳播。
六方氮化硼是一種具有優異力學性能的類石墨烯層狀晶體。其平面內機械強度可達500N/m,并具有優異的耐高溫性。在空氣中抗氧化溫度為900℃,在真空中可達到2000℃。同時,h-BN也具有極高的導熱率,其中理論計算的氮化硼納米片(BNNS)的導熱率高達1700~2000W.m-1.K-1。更重要的是,h-BN具有優良的絕緣性能。h-BN的帶隙為5.2eV,擊穿強度高達35kV/mm,可在同時需要絕緣和散熱的條件下使用,這是石墨烯無法比較的。因此在現階段上氮化硼是一種具有良好應用價值和應用前景的導熱填料。
而對于六方氮化硼h-BN基導熱復合材料而言,導熱的載體為聲子,且熱導率主要取決于聲子如何傳播。
影響聲子傳播的因素有很多:
一方面,h-BN是一種具有類石墨烯結構的層狀晶體。一個單一的h-BN基平面由硼(B)和氮(N)原子交替組成,其中B原子和N原子由強共價鍵連接。B-N鍵長為1.45A,相鄰六元環的中心位置之間的距離為2.50A。h-BN層之間存在AA‘型堆積,B原子在C軸上與N原子相對堆積。圖層間距為0.333nm。B原子和N原子之間的電負性差異使得h-BN層除了具有范德華力外,還具有部分離子鍵合特性,這被稱為“唇-唇”。h-BN邊緣結構包括鋸齒形型和扶手椅型。正是由于h-BN具有長程有序晶格結構以及B和N之間的強鍵合作,聲子能夠沿晶格方向移動,因此h-BN在理論上具有較高的固有導熱系數。然而,在實際過程中,h-BN的形貌和晶格缺陷往往會影響聲子的傳播,即h-BN的厚度越薄,薄片直徑越大,晶格缺陷越少,固有導熱系數越高,反之亦然。
另一方面,聲子在界面上分散,極大地阻礙了聲子的傳播。在復合材料中,界面分布主要分為兩種情況:當導熱填料含量低時,聚合物基體中的填料主要以隔離形式存在,不接觸,連續相仍為聚合物基體,形成類似于“海島”的兩相體系。此時,界面體積較小,且界面的熱阻并不是導熱系數降低的主要原因。然而,聚合物基體本身不利于聲子的傳播,因此最需要考慮如何有效地構建傳導路徑。當填料含量高時,復合材料內部界面數量將大大增加,主要包括填料/填料界面和填料/聚合物界面。此時,語音散射較嚴重,界面的熱阻急劇增大,因此有必要通過表面改性等方法來提高h-BN與聚合物基體的匹配度。
中文名:六方氮化硼
別 名:白石墨
性 質:最簡單的硼氮高分子
外文名:white graphite
分子式:BN
學 科:冶金工程