寧波材料所在片層納米導(dǎo)熱材料方面取得進(jìn)展
層狀晶體是一種納米材料，它是由成堆的原子薄層通過分子間作用力結(jié)合在一起形成的。作為石墨烯的一種新興替代品，科研人員已就六方氮化硼（hBN）在電催化劑、儲氫、吸附劑、場發(fā)射劑等多個領(lǐng)域的應(yīng)用開展了研究，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進(jìn)涂料與粘合技術(shù)團(tuán)隊致力于片層納米材料導(dǎo)熱的研究并取得了進(jìn)展。
六方氮化硼由于其良好的導(dǎo)熱性和良好的熱穩(wěn)定性，在散熱應(yīng)用中顯示出越來越大的潛力。然而，氮化硼納米片（BNNSs）的大批量、高質(zhì)量制備仍然是面臨巨大的挑戰(zhàn)。為此，科研團(tuán)隊開發(fā)了一種通用的剝落策略來合成少量的無缺陷的BNNSS，其中包括六氟硅酸鹽/氫氧化鈉在BN晶體中的插層，然后通過溫和的攪拌過程剝離，這種方法已經(jīng)被證明可以剝離石墨烯（G）、MoS2和WS2等其他層狀材料。結(jié)果表明，BNNS-G復(fù)合紙的導(dǎo)熱系數(shù)沿面內(nèi)方向高達(dá)63.5w/mK，沿通面方向高達(dá)7.4w/mK。從熱界面材料的性能指標(biāo)來看，BNNS-G復(fù)合紙在集成電路封裝中的傳熱應(yīng)用前景廣闊，如圖1所示。此外，科研團(tuán)隊采用綠色干冰輔助球磨技術(shù)制備了石墨烯和氮化硼（G/BN）的邊緣功能二維復(fù)合納米片，首次研究了G/BN水納米流體的熱性能，研究發(fā)現(xiàn)，在5vol%的負(fù)載下，G/BN水納米流體的熱導(dǎo)率高達(dá)1.62W/mK。根據(jù)模擬熱耗散過程驗證系統(tǒng)的表面溫度變化，G/BN納米流體具有比純水更高的傳熱能力，如圖2所示。另外通過激光剝離技術(shù)合成原子厚度為1-5的功能化石墨烯納米板（FGNs），當(dāng)含量為20vol%時，F(xiàn)GNs的水溶液流體的熱導(dǎo)率為2.52WmK-1，如圖3所示。
相關(guān)研究工作發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces 2019，11：37247-37255， ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2019，7：14266-14272，Materials Research Express 2019，6：5041-5021，上述工作得到了浙江省重點研發(fā)計劃的資助。
圖1 （a） BNNS和G的聲子功率譜；（b）和（c）天然珍珠層照片；（d）天然珍珠層的橫截面顯微照片；（e）BNNS-G紙的橫截面顯微照片；（f）面板（e）中白色矩形區(qū)域的放大圖。不同G含量BNNS-G紙的k⊥（h）和k |（i）；（j）測試系統(tǒng)配置以確定傳熱能力；（k）BNNS和BNNS-G表面溫度隨加熱時間的變化；（l）BNNS和BNNS-G的紅外圖像隨加熱時間的變化；（m）BNNS-G紙的體積電阻率
圖2 G/BN-水納米流體的（a）熱導(dǎo)率和（b）熱導(dǎo)率增強(qiáng)；（c）熱導(dǎo)率增強(qiáng)隨G/BN-水納米流體溫度的變化而變化；（d）不同填料納米流體導(dǎo)熱系數(shù)的比較
圖3 （A）GNS水納米流體的熱導(dǎo)率變化；（B）FGNS水納米流體的熱導(dǎo)率增強(qiáng)；（C）和（D）各種FGNS水納米流體的溫度依賴性熱導(dǎo)率增強(qiáng)
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