隨著電子技術(shù)的發(fā)展,電子元器件微型化和集成化程度越來(lái)越高,同時(shí),高頻的工作環(huán)境也使其在工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱,若熱量不及時(shí)散去,會(huì)嚴(yán)重影響電子器件的性能穩(wěn)定性和使用壽命。因此,電子器件的散熱問(wèn)題已成為這一領(lǐng)域的一個(gè)重要問(wèn)題。聚酰亞胺(PI)因具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能及良好的介電性能,被廣泛應(yīng)用于微電子器件、電子封裝及航空航天等領(lǐng)域。然而,純PI的導(dǎo)熱性能較差,從而大大限制了其在電子領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用。因此,研發(fā)高導(dǎo)熱性能的聚酰亞胺復(fù)合材料在電子工業(yè)領(lǐng)域有重要且迫切的需求。目前通常采用的提高聚酰亞胺復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法是向聚酰亞胺基體中添加導(dǎo)熱填料(BN、AlN、Si3N4、Al2O3、碳納米管、石墨烯、銅、銀等)。其中石墨烯具有極高的導(dǎo)熱性能,其面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)的理論值為5000 W·m-1·K-1,而面間導(dǎo)熱系數(shù)只有面內(nèi)的百分之一。為了得到高導(dǎo)熱性能的復(fù)合材料,需要構(gòu)筑三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使其面內(nèi)導(dǎo)熱方向與復(fù)合材料的散熱方向更多地保持一致,從而更好地發(fā)揮石墨烯的導(dǎo)熱能力。
近期,中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院張藝教授課題組在《高分子學(xué)報(bào)》2019年第4期發(fā)表的論文中,通過(guò)冷凍干燥法制備了一種還原氧化石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模板(3DrGO),為了穩(wěn)定此3DrGO三維結(jié)構(gòu),使其在澆鑄聚酰胺酸(PAA)膠液的過(guò)程中不易被破壞,作者利用PI黏結(jié)加固這一3DrGO三維結(jié)構(gòu)制得3DrGO-PI模板作為填料,用PAA膠液澆鑄后熱酰胺化處理,得到較高導(dǎo)熱系數(shù)的3DrGO-PI/PI復(fù)合薄膜。
該3DrGO-PI/PI復(fù)合薄膜的制備過(guò)程如下:(1)冷凍干燥含有3 wt% PAA的還原氧化石墨烯DMAc分散液得到PAA黏結(jié)加固的石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(3DrGO-PAA);(2)熱酰胺化處理3DrGO-PAA得到PI黏結(jié)加固的石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(3DrGO-PI);(3)用10 wt% PAA膠液澆鑄3DrGO-PI模板,在100、200、350 ℃各加熱1 h,進(jìn)行熱酰亞胺化,得到3DrGO-PI/PI復(fù)合薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)rGO的含量達(dá)到8 wt%時(shí),3DrGO-PI/PI復(fù)合薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.57 W·m-1·K-1,是純PI薄膜的8.7倍,是rGO/PI (rGO未形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))復(fù)合薄膜的3.1倍,是3DrGO-water/PI (rGO三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)未加固)復(fù)合薄膜的1.54倍。所得的復(fù)合薄膜還具有良好的熱穩(wěn)定性,當(dāng)rGO的含量為8 wt%時(shí),3DrGO-PI/PI復(fù)合薄膜的Tg為402.1 ℃,熱膨脹系數(shù)(CTE)為2.16×10-5/ ℃。采用冷凍干燥法制備3DrGO-PI模板有助于推動(dòng)rGO在導(dǎo)熱領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用,同時(shí)澆鑄模板制膜的方法為制備高導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料提供了新的思路。
魏世洋博士和鄭智博博士研究生是該論文的共同第一作者,張藝教授和許家瑞教授為共同通訊作者。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金(基金號(hào)51873239)的資助。
鏈接地址:http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/2019/4/PDF/gfzxb20180253zhangyi.pdf
doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18253
- 華南理工大學(xué)王林格教授團(tuán)隊(duì) AFM:開(kāi)發(fā)了一類兼具高透明性和高穩(wěn)定性的無(wú)色聚酰亞胺復(fù)合薄膜 2025-07-11
- 寧波材料所王震/閻敬靈團(tuán)隊(duì) JMCA: 聚酰亞胺/石墨烯氣凝膠的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力學(xué)和電磁屏蔽兼容 2025-06-19
- 浙江大學(xué)朱利平教授課題組 Adv. Sci.:巧用“分子支架”策略在聚酰亞胺膜內(nèi)構(gòu)筑有機(jī)分子快速傳輸通道 2025-06-01
- 上科大葉春洪課題組 Nat. Commun.:超高等離子體手性光學(xué)信號(hào)的構(gòu)筑及動(dòng)態(tài)調(diào)控 2025-06-08
- 深圳技術(shù)大學(xué)史濟(jì)東等 Carbon:基于石墨烯-納米纖維素復(fù)合薄膜的自修復(fù)應(yīng)變/濕度雙模傳感器的設(shè)計(jì)及在可穿戴呼吸監(jiān)測(cè)的應(yīng)用 2025-05-28
- 南航潘蕾、張浩然 AFM:具有電/磁雙梯度結(jié)構(gòu)的高性能電磁屏蔽與紅外偽裝復(fù)合薄膜 2025-01-17