氮化硼的高導熱實現方法

制備高導熱復合材料的核心在于如何在聚合物基體中構建理想的取向結構。為此，通常選擇具有非球形結構特征的填料微粒，如片狀、管狀或棒狀等，并通過施加外力場，如電場、磁場或機械剪切作用，使其定向有序排列，從而實現熱量沿取向方向的快速傳導。作為典型的二維片狀材料，氮化硼（六方氮化硼，h-BN）在制備高導熱絕緣復合材料方面備受關注。

氮化硼的二維片層結構賦予其各向異性特點，導致面內和面間的導熱系數存在顯著差異。因此，通過特定方法使氮化硼在某一方向取向，能夠提供更有效的傳熱通道，進而提升材料的導熱系數。目前，已有多種排布技術，如自組裝、模板成型、注射模塑、刮刀成形、靜電紡絲、真空輔助組裝以及外場（電場或磁場）誘導取向等，成功制備出具有氮化硼取向結構的聚合物復合材料，這些材料在取向方向上的導熱性能得到顯著提升。

例如，日本迪睿合株式會社已商業化生產了一種兼具高導熱性和柔軟性的硅膠型導熱片“ZX11Ｎ”。該產品采用了一種獨特的取向技術，通過取向將具有不同導熱系數的氮化硼填料對齊排列，實現了導熱片的高導熱性，導熱系數高達11Ｗ/(ｍ·Ｋ)。同時，該產品還兼具硅樹脂基材和氮化硼填料的絕緣性能。

此外，為了進一步提高導熱性能，研究人員嘗試在二維BN體系中引入不同維度的填料。通過與BN之間的點?面“包覆”，線?面“橋接”以及面?面“相連”的方式混合，這些填料有助于在材料內部構建更為有效的導熱通路，使熱量能夠迅速沿填料之間傳遞，從而顯著提高復合材料的導熱性能。

為了實現氮化硼的高導熱性能，我們可以采取以下策略：

1.使用不同尺寸的填料：通過結合微米級和納米級的BN顆粒作為導熱填料，可以在復合材料內部建立有效的導熱網絡。其中，微米級BN顆粒形成主要的熱傳導路徑，而納米級BN顆粒則起到連接作用，增加導熱通路，從而提高復合材料的導熱性能。

2.引入多種維度填料進行混合：將BN與其他維度的填料（如零維、一維和二維填料）進行復合，可以充分利用不同填料之間的協同作用來提升導熱填料在聚合物基體中的填充密度。這種策略不僅有助于導熱路徑的形成，還能對復合材料的綜合性能產生積極影響。

a. 通過將BN與零維填料（如碳化硅、氧化鋁等）復合，可以提高填料的整體填充率，有利于導熱網絡的形成。此外，這種復合還可以降低氮化硼填充聚合物復合材料的成本。

b. 一維填料（如碳納米管、納米線等）具有管狀或線狀結構，在與二維BN復合時能起到“橋梁”作用，將相鄰的BN連接起來。這種協同作用不僅可以降低復合材料中的界面熱阻，還有利于導熱網絡的構建。

c. 二維填料（如氧化石墨烯）與BN復合時，由于它們之間具有較強的界面相互作用和匹配的聲子譜，因此可以產生較低的界面熱阻和更好的導熱性能提升。

綜上所述，通過合理設計填料結構、選擇適當的排布技術以及引入多種維度填料進行復合，我們可以實現氮化硼的高導熱性能，從而滿足電子設備熱管理的需求。