氮化硼复合相变材料的制备与性能研究

相变材料是一类可以通过相态变化储存和释放热量并维持温度不变的材料,对电子设备的热管理有着潜在的应用价值,然而大部分相变材料导热较低,且发生固-液相变时需要外部容器进行封装以防止泄漏,这些都限制了其进一步的应用,因此相变材料的导热增强和封装一直是重要的研究领域。氮化硼作为高导热绝缘材料的一种,可以有效提升复合后相变材料的导热能力。本文目的是通过将氮化硼与相变材料复合,从而制备导热增强且形状稳定的复合材料。综合考虑相变材料的相变温度范围、相变潜热高低和经济性等因素,选择聚乙二醇作为基础的相变材料,本文分别制备了以氮化硼作为填料的聚氨酯固-固相变材料和以氮化硼作为多孔骨架的复合相变材料。在聚氨酯复合固-固相变材料的制备过程中,本文以聚乙二醇作为软段,六亚甲基二异氰酸酯为硬段,氮化硼为导热填料,以溶液共混法制备了一系列复合材料。在该制备过程中,根据溶剂的种类、用量和单体摩尔比的不同制备了不同性能的聚氨酯固-固相变材料,通过差示扫描量热仪(DSC)和原位动态拉伸试验台对不同分子量聚乙二醇制备的聚氨酯进行了筛选,最终确定了制备聚氨酯固-固相变材料的单体的组成。通过液相超声剥离法对氮化硼进行了剥离,并用浓碱溶液对氮化硼进行了羟基化,最后通过硅烷偶联剂对羟基化氮化硼进行了表面处理。红外光谱和X射线衍射结果表明成功对氮化硼表面进行了改性操作。在此基础上制备了一系列不同氮化硼质量分数的复合相变材料,材料的相变潜热随着氮化硼的添加而降低,相变温度变化不大,激光导热(LFA)结果表明氮化硼的添加、改性和硫化机热压处理均能有效的提高复合材料的热导率。材料的力学性能随着氮化硼的添加先增加后降低,这是因为氮化硼局部团聚因素的影响。复合材料有着良好的热稳定性和热循环能力,衰减极低。在氮化硼多孔骨架的制备过程中,主要讨论了冷冻方式和交联剂浓度等对于复合材料热导率的影响。定向冷冻法由于通过低温基底使冰晶沿着温度梯度方向生长,溶质在局部浓度得以提升,促进了冻干后材料内部导热通路的形成,激光导热(LFA)测试结果也证实了这一结论。聚乙烯醇的浓度会影响冰晶的生长,从而影响整体材料的孔径大小,聚乙烯醇的加入有助于材料对于聚乙二醇的吸附,但同时热导率也因此降低。复合材料有着良好的热稳定性,热循环初始衰减较快,循环50次后相变潜热基本稳定,不再衰减。