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隨著電子科技的飛(fei)速發展，如今(jin)尺寸更(geng)(geng)小、溫度(du)更(geng)(geng)高(gao)以及速度(du)更(geng)(geng)快的電(dian)子器件需要比以往更(geng)(geng)強的散熱能力。否則(ze)，高溫會對電(dian)子(zi)元器(qi)件(jian)的(de)穩定性、可(ke)靠性和壽命產(chan)生有害的(de)影響。因(yin)此，廠商往(wang)往(wang)會在電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)散(san)熱(re)源(yuan)與(yu)散(san)熱(re)器(qi)之間加入以(yi)聚合(he)物為機體(ti)、以(yi)導(dao)熱(re)粉為填(tian)料的(de)高分(fen)子(zi)復合(he)材(cai)料，幫助形(xing)成良好的(de)導(dao)熱(re)通(tong)道。但(dan)為了防止器(qi)件(jian)工作時出現(xian)短路問題，這些導(dao)熱(re)填(tian)料必(bi)須具備(bei)電(dian)絕緣性。

既導熱又絕緣的氮化硼粉體(ti)，在電子領域中(zhong)備受青睞

可(ke)用于電子(zi)元器件的導熱填料中，具(ju)有優(you)異的熱(re)導率、高電絕(jue)緣性和低的(de)熱膨脹系數的(de)六方氮化(hua)硼(h-BN)是不得不提的佼佼者。雖然它的導熱系數雖低于氮化鋁，但由于不會(hui)水解，以及密度只有2.2g/cm³（在漿(jiang)料中不易沉(chen)降），因此各方面(mian)性能更為均衡。

盡管有人認為h-BN導熱性因片狀結構而具有各向異性（即BN層內平面熱導率非常高，但在垂直BN層的方向上熱導率很低，不能有效地傳導熱量）會阻止其在(zai)該領(ling)域的應用，但只要(yao)使用的方法(fa)合適，就能完美回避該問題——依據(ju)Nielsen的曲線預測，球形的無機粒子與高分子的導熱系數比(kp/km)大于100時，球形的無機粒子對復合材料的導熱提升有限。此時若添加高長徑比的片狀氮化硼，反而(er)可以形成更完(wan)整的導熱網絡(luo)，有助于發(fa)揮幅射散熱效果，獲取更高的導熱值。

另(ling)外，h-BN絕緣電壓(ya)為(wei)30~40kv/mm，即使在1000°C的空氣下使用仍可以保有很高的絕緣特性。而且它的耐擊穿電壓為3 kv/mm（是氧化鋁兩倍），故也能用來搭配氧(yang)化(hua)鋁(lv)、氮(dan)(dan)化(hua)鋁(lv)或氮(dan)(dan)化(hua)硅等添加(jia)在樹(shu)脂中增強絕緣性能。

總而言(yan)之，h-BN作為各種(zhong)樹脂(zhi)系統的散熱填料(liao)使用時，在要(yao)求良(liang)好散熱性、低介電損(sun)耗(hao)和低熱膨脹的應用中(zhong)確實無可比擬(ni)。

氮(dan)化硼應(ying)用前(qian)的“改造”

H-BN百(bai)般好(hao)，但壞(huai)就(jiu)壞(huai)在它化學性質太穩定，表面缺乏活性基團，和常用(yong)的(de)導熱用(yong)高分子樹脂，如(ru)環氧(yang)樹脂/PI/Phenolics/硅膠等的“相處”并不融洽，缺乏強(qiang)相互作用，分散性(xing)很差，這大(da)大(da)限制了h-BN對聚合物材料性能的改善效果。另一方面，h-BN的化學惰性又使其難以與其他物質反應進行表面改性。

h-BN結構示(shi)意(yi)圖(tu)

為什么說h-BN很難表面改性呢？這是由于h-BN的(de)晶(jing)格為氮與硼組成的(de)平面六角形，只有(you)(you)片狀結構的(de)側邊才有(you)(you)官(guan)能(neng)基，可以與(yu)其他物質互相反應接合，這就是若直接將未(wei)改性(xing)的氮化(hua)硼(peng)添(tian)加在樹脂中會發生層裂(lie)的(de)原因(yin)。總而言之，因為結構(gou)上的差異，h-BN與氧(yang)化鋁等粉體表面處理最(zui)大的不同(tong)是，須先進行粉體(ti)前處理即活化處(chu)理，才能接(jie)耦合劑的(de)官(guan)能基。

目前較為成熟(shu)的氮化硼(peng)修飾策略有下圖中的六種，不同的修飾策略能夠賦予h-BN以不同的物理、化學性質，需針對(dui)不同(tong)的應用(yong)領域進行相應的改性手段。而在導熱填料領(ling)域(yu)中，以(yi)共(gong)價鍵的形式為h-BN接上化學官能團的手段最為常見。

①h-BN羥(qian)基化

六方氮化硼中的(de)B原子在與N原子形成共價鍵后，還剩余空軌道，這種結構有容納電子的傾向，是親電子結構。而-OH中的氧含有孤對電子。因此，六方氮化硼易于和-OH形成化學鍵鍵合，故對六方氮化硼進行-OH化修飾是一種重要的改性手段。

經羥基化改性后的(de)六方氮(dan)化硼(peng)可(ke)通(tong)過酯化反應進一步連接有機碳鏈，應用于生物工藝、基質填充等眾多領(ling)域(yu)，大(da)大(da)的拓寬了其應用領(ling)域(yu)。典型的六方氮化硼進行-OH化修飾方法包括H₂O₂水(shui)熱、超聲輔助水(shui)解和等離子體(ti)處理等方式。

通過超聲為h-BN接上-OH示意圖

②h-BN氨基化(hua)

與羥(qian)基化(hua)類(lei)似，-NH₂也能對(dui)六方氮化硼(peng)表面(mian)進行化學修飾。2007年，Ikuno等人首次報道了六方氮化硼的氨基化處理。在氨氣等離子體輻照下，-NH2與氮化硼表面形成化學鍵合。與此同時，在氮化硼表面留下很多缺陷。隨后涌現出一系列氨基功能化的六方氮化硼材料，使用的工藝也層出不窮，有超聲降解法、球磨法等(deng)等(deng)。

③h-BN烷基化

另(ling)外(wai)，對h-BN進行烷基化處理也是一種有效手段。由于氮化硼中，B、N原子分別具有路易斯酸、堿特性，因此可以分別接入堿性和酸性基團進行修飾。

總結

h-BN由于其良好的導(dao)熱性(xing)(xing)能與絕(jue)緣性(xing)(xing)能，是聚合(he)物基導(dao)熱復合(he)材料的理想(xiang)填料之一，不過要(yao)發揮它的性能(neng)，需要(yao)做的工作也不少。

目前業者為(wei)了更好地發揮出氮化硼在(zai)熱(re)管理(li)中的(de)潛力，一直在(zai)積(ji)極地投入研(yan)(yan)發，表面處理(li)工藝研(yan)(yan)究(jiu)就(jiu)是其中很關鍵(jian)的(de)一部分，是許多(duo)重點研(yan)(yan)究(jiu)方向的(de)基礎。比(bi)如(ru)說《》中提到的(de)構筑(zhu)三維(wei)填料網(wang)絡，就(jiu)必須要以BN與基體具有良好的相容性為前提。總而言之，無論氮化硼“怎么玩”，它的表面修飾處理都是重中之重，千萬不要輕視噢！

資料(liao)來源：

六方氮化硼的剝離改(gai)性與應用，張凱(kai)麗。

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