掺杂氮化硼复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于电子封装材料技术领域，特别涉及一种掺杂氮化硼复合材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]随着微电子器件日益朝轻、薄、小的方向发展，电子元器件产生的热量迅速累积，如不及时散热，会对其性能的可靠性和使用寿命均产生不同程度的影响，因此基板材料的散热能力愈发重要。而一直以来，树脂基复合材料是微电子工业中最常用的绝缘导热材料。
[0003]但是树脂基基板材料通常导热性能较差，源于树脂基体与导热填料之间的声子谱不匹配以及树脂基体本身较低的导热系数。近年来，人类利用各种改性方法在树脂基体和填料颗粒之间引入共价键连接，但是这些方法对于材料导热性能的提升非常有限。例如，为了提高树脂基复合材料的导热性能，现有一般在树脂基体中添加导热填料。而传统的导热填料如氧化铝已逐渐不能满足提高基板导热性能的需求。
[0004]另外，树脂复合材料制备过程较为繁琐，涉及到填料的分散和树脂的固化工艺等，易导致树脂复合材料性能不稳定，生产成本高。
[0005]综上所述，传统的导热填料填充的树脂复合材料存在一个发展上的瓶颈，现有技术尚无较佳的解决方案提供，因此有待于开发一种新的、简单易行的技术制备高导热复合材料。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种掺杂氮化硼复合材料及其制备方法和其应用方法，以解决现有技术中基板材料如树脂基复合材料导热性差，制备工艺复杂的技术问题。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下:
[0008]—种掺杂氮化硼复合材料，包括互相掺杂的氧化石墨烯和氮化硼，且所述氧化石墨烯与氮化硼的质量比为(0.01-0.1): (0.9-0.99)。
[0009]以及，一种掺杂氮化硼复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0010]将氧化石墨烯分散液和氮化硼分散液进行混合处理，形成混合分散液；其中，所述氧化石墨烯的分散液和氮化硼的分散液是按照氧化石墨烯与氮化硼的质量比为(0.01-0.1): (0.9-0.99)进行混合处理；
[0011 ] 将所述混合分散液进行干燥处理。
[0012]以及，本发明掺杂氮化硼复合材料在电子封装、电机、汽车、特种电缆、航天航空中的应用。
[0013]上述本发明掺杂氮化硼复合材料通过氧化石墨烯和氮化硼互相掺杂，使得掺杂氮化硼复合材料具有优异的热导率，而且其性能稳定。
[0014]上述本发明掺杂氮化硼复合材料的制备方法相对于传统的树脂复合材料的制备，反应条件温和，使得制备的掺杂氮化硼复合材料不仅具有优异的导热性能，而且能保证制备出的掺杂氮化硼复合材料性能稳定。另外，该方法对设备要求低，操作简单，从而有效降低了其生产成本。
[0015]正是由于上述本发明掺杂氮化硼复合材料具有优异的导热性能，且性能稳定，生产成本低，其能够被广泛应用于电子封装、电机、汽车、特种电缆、航天航空中，并保证相应产品的散热性能好，性能稳定。
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0017]图1为本发明实施例掺杂氮化硼复合材料的制备方法的流程图；
[0018]图2为实施例1制备的掺杂氮化硼复合材料的扫描电镜(SEM)图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]氮化硼是新兴的一种类石墨烯二维材料，也被称为“白石墨烯”。研究表明，氮化硼拥有优异的物理性能，如宽带隙、高导热、低介电常数和高机械强度等，面内理论导热系数达2000W/m*k，此外氮化硼还有很强的抗氧化能力。基于氮化硼该性能的发现，本发明实施例提供了一种具有优异导热性能其性能稳定的掺杂氮化硼复合材料。本发明实施例掺杂氮化硼复合材料包括互相掺杂的氧化石墨烯和氮化硼，且所述氧化石墨烯与氮化硼的质量比为(0.01-0.1): (0.9-0.99)，优选为(0.03-0.07): (0.93-0.97)。
[0021]这样，在实施例掺杂氮化硼复合材料中，以氮化硼为基体成分，并掺杂该比例范围的氧化石墨烯，使得氧化石墨烯发挥在相邻氮化硼之间构筑导热桥梁的作用，氮化硼/氮化硼界面热阻的减小使得氮化硼网络的导热能力大大提高，此外氧化石墨烯表面所带的负电基团进一步提高了氮化硼在体系中的分散性和取向排布，减少了体系内的界面声子散射，从而实现氧化石墨烯与氮化硼间的增效作用，使得该掺杂氮化硼复合材料具有较高的导热系数，从而赋予该掺杂氮化硼复合材料优异的导热性能，且其相关性能稳定。
[0022]在一实施例中，该氮化硼选用六方氮化硼。
[0023]在另一实施例中，该氧化石墨烯的尺寸为1-2 μ m。研究发现，将氧化石墨烯控制在
1-2 μ m其导热性能相对最好，其尺寸过大或过小都会使导热性能下降。
[0024]在进一步实施例中，上述掺杂氮化硼复合材料中还掺杂有表面活性剂。优选地，该表面活性剂掺杂的量为表面活性剂与氮化硼的质量比为(0.1-0.15): (0.85-0.90)。
[0025]在一些具体实施例中，该表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠、十二烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠、仲烷基磺酸钠中的至少一种。
[0026]通过在上述掺杂氮化硼复合材料中掺杂表面活性剂组分，特别是十二烷基苯磺酸钠、胆酸钠、十二烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠、仲烷基磺酸钠中的至少一种的表面活性剂，用于提高氮化硼在体系内的分散性、实现氧化石墨烯和氮化硼的均匀掺杂。
[0027]在上述各掺杂氮化硼复合材料实施例的基础上，该掺杂氮化硼复合材料可以以被使用者希望的形态存在。在一实施例中，上述各实施例中的掺杂氮化硼复合材料是以膜结构或颗粒结构形态存在，或者是以膜结构与颗粒结构混合物的形态存在。
[0028]当上述各实施例中的掺杂氮化硼复合材料是以膜结构的形态存在时，经研究发现，在该掺杂氮化硼复合材料膜的平面方向的热导率相对较高。在一实施例中，该掺杂氮化硼复合材料为膜结构时的膜厚度控制为80-120 μ m。将厚度的掺杂氮化硼复合材料膜具有相对较高的导热性能。在进一步实施例中，该掺杂氮化硼复合材料膜平面方向导热系数为6.7 ?26.5ff/m.k。
[0029]在另一实施例中，当上述各实施例中的掺杂氮化硼复合材料是以颗粒结构形态存在时，控制该颗粒结构的粒径为2-10 μm。
[0030]由上述可知，上文各实施例中所述的掺杂氮化硼复合材料具有高的导热系数，其导热性能优异，且其性能稳定。另外，通过添加其他组分如表面活性剂等组分能进一步提高掺杂氮化硼复合材料的导热性能和稳定性。
[0031]相应地，本发明实施例还提供了上文所述的掺杂氮化硼复合材料的一种制备方法。该纳米硅碳复合负极材料制备方法工艺流程如图1所示，其包括如下步骤:
[0032]步骤S01.配制含氧化石墨烯与氮化硼的混合分散液:
[0033]将氧化石墨烯分散液和氮化硼分散液进行混合处理，形成混合分散液；
[0034]步骤S02.对混合分散液进行干燥处理:
[0035]将所述混合分散液进行干燥处理。
[0036]具体地，为了保证制备得到的掺杂氮化硼复合材料具有符合要求的导热系数和高的导热性能，在实施例中，上述步骤S01中在配制的混合分散液的过程中，所述氧化石墨烯的分散液和氮化硼的分散液是按照氧化石墨烯与氮化硼的质量比为(0.01-0.1):(0.9-0.99)进行混合处理。
[0037]该混合处理的方法可以是机械搅拌、超声处理或其他混合方式，其目的是使得氧化石墨烯的分散液与氮化硼的分散液混合均匀，形成均匀分散的分散液。在一实施例中，该混合处理方法是采用超声与机械搅拌相结合法的方法进行。如具体实施例中，混合处理方法是500W的功率下超声20min，超声的同时施加200r/min的机械搅拌。该混合处理能有效提高混合处理的效率，并使得氧化石墨烯与氮化硼均