摘要
电子产品不断更新换代，朝着多功能化，便携化，高性能化方向发展，随之而来的是由于损耗产生的过热问题，这将严重影响设备可靠性与可持续性。高导热材料应用于散热场景作为电子器件热管理的重要一环发挥着至关重要的作用，常采用高导热填料与聚合物基体复合制备高性能复合材料。六方氮化硼具有绝缘、导热、稳定、耐热多方面的特点，与聚氨酯，聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合制备多性能柔性电路板与绝缘热界面材料，将稳态热仿真分析与模拟实际的应用场景相结合研究其散热性能，取得了良好效果。 首先，在多性能柔性基板的研究中，使用超声分散，流延成膜的方法制备了不同填料负载量的六方氮化硼（h-BN）/聚氨酯（PU）复合材料，随着h-BN负载量的增加，h-BN/PU复合膜的平面（In-plane）与纵向（Cross-plane）热导率不断升高，且表现出各向异性。当h-BN含量为60%时，复合膜平面热导率达到4.1W/(m·K)，结合微观形貌图，解释了热导率升高的原因。研究了力学性能与介电性能，随h-BN负载量增加，PU连续性变差，导致拉伸强度与断裂延伸率降低，复合膜的微波透过率在99%以上，基本不发生电磁屏蔽现象，表现出的综合优点为实际应用提供了前提。 其次，研究了具有取向结构的热界面材料，使用羧甲基纤维素钠（CMC）水溶液分散h-BN制备前溶液，通过冷冻干燥的方法构建有序三维结构导热网络的氮化硼网络泡沫，最后填充PDMS制备h-BN/PDMS复合材料，并研究了冷冻温度对网络泡沫结构的影响。与直接混合方法对比，在h-BN含量为20%时，纵向热导率从0.69W/(m·K)提高到1.25W/(m·K)。使用有效介质理论与Foygel理论模型计算了复合材料界面热阻，采用红外热像仪记录不同时间下的温度，比较了复合材料的热管理能力，表明3D h-BN/PDMS复合材料作为导热绝缘热界面材料将会有及其广泛的应用潜力。 最后，将h-BN/PU复合膜制备成了柔性电路板，研究了十万次循环弯曲对导热的影响，并且与传统聚碳酸酯基板进行散热性能对比，采用ANSYS有限元分析模拟了h-BN/PU复合材料的应用。设计实验测试3D h-BN/PDMS热界面材料的性能，利用有限元稳态热分析对比无序与有序导热结构，并模拟了装置理想接触时芯片温度，通过与实验数据对比，计算了接触热阻。综合结果表明以h-BN为填料的导热复合材料具有明显的优势。
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