纳米氧化锌导热性的应用
纳米氧化锌导热性的应用
纳米氧化锌是目前应用比较广泛的无机化学材料。纳米氧化锌是白色六方晶系结晶或球形粒子，粒径小于100nm。由于颗粒的尺寸比较细微化，比表面积增加，电子结构、表面分子排布、晶体结构都发生了变化，具有表面效应、小尺寸等效应，使纳米氧化锌具有高的化学活性及优异的催化性、光催化活性、导热性，并具有抗红外线、紫外线辐射及sha jun功能。其中纳米氧化锌的导热性被广泛使用。
- 纳米氧化锌在轮胎等橡胶制品导热性应用
轮胎等橡胶制品，在滞后的过程中容易产生热量，如果这些热量不能及时排出，会造成橡胶制品内部的热量过高、其性能下降。导热率是判断橡胶制品导热参数的重要指标，想要增加橡胶制品的导热率，可以往其中加入导热粒子。纳米氧化锌就是很好的导热粒子，热导率为 25W·（m ·K）－1。溶聚丁苯橡胶（SSBR）具有相对分子质量大和相对分子质量分布窄等特点， 滞后损失较小广泛应用于低滚动阻力轮胎胶料。 但SSBR的热导率仅为0.125W·（m ·K）－1‚因此在其中加入了纳米氧化锌，根据相关实验报告，由图一我们可以得到‚随着纳米氧化锌用量的增大，复合材料的热导率变化可以分为3个阶段：
1、当纳米氧化锌的用量低于150份时,热导率随着纳米氧化锌用量增大的近似直线方程为 Y 1＝0．131＋8．13×10－4 x。分析认为纳米氧化锌粒子被周围的橡胶基体所包覆，‚纳米粒子相互独立，‚热导率随着填料粒子数量的增大而增大。
2、当纳米氧化锌的用量为150～210份时,此区域的近似直线方程为 Y2＝0．136＋7．83×10－4 x‚此时由于纳米粒子的大量填充，‚部分纳米粒子形成“导热链”‚但仍存在相互独立的纳米粒子。
3、当纳米氧化锌的用量为210～240份时‚此区域热导率与纳米氧化锌用量的关系符合直线方程 Y3＝－0．19＋2．23×10－3 x‚随着复合材料中纳米氧化锌用量的进一步增大，‚纳米粒子的堆积更加紧密，‚由于纳米粒子具有高表面活性，‚易相互吸附形成更为完善的“导热链”‚这些贯穿基体的“导热链”是将橡胶制品内部热量导出的主要载体。
可以看出随着纳米氧化锌的不断加入，复合材料的导热率也不断的增大，纳米氧化锌对增加橡胶制材料的导热性有较为良好的效果。
图1纳米氧化锌用量对SSBR导热性的影响
- 纳米氧化锌在薄膜太阳电池导热性应用
绝大多数太阳电池的效率会受温度的影响（如常用的硅电池，温度每升高 1 ℃，光伏效率下降 0.4%），局部高温甚至会破坏晶体结构，导致系统结构永久性损伤。因此，太阳电池的背部经常会加一个背板来增强换热，但普通背板不仅散热性能相对较差，还会造成组件的温度升高，影响光电转换效率。因此，为得到高传热性能的材料，有必要从太阳电池的器件本身入手。 ZnO 薄膜具有优异的导电性能，是一种重要的光电子信息材料，具有较高的化学稳定性和热稳定性。通常会使用氧化锌薄膜来增强太阳能电池的换热。
我们可以采用可以采用溶胶-凝胶法来制备氧化锌薄膜，通过添加不同浓度的氧化锌前驱体溶液制作出的氧化锌薄膜进行热扩散率的比较。
根据相关的实验报告：样品1的氧化锌的前驱溶液的浓度是0.1mol/L,样品2的氧化锌前驱溶液的浓度是0.5mol/L.通过表1-1我们可以看到随着氧化锌浓度的升高，该氧化锌薄膜的热扩散率由1.119*10-6m2/s增加到1.142*10-6m2/s，并且样品2 Zn0薄膜的导热系数为4.69大于样品1的导热系数0.65,。说明氧化锌薄膜适当增加加氧化锌前驱体溶液的浓度会让氧化锌薄膜的导热性越好。
表1-1样品1、2实验热扩散率
- 纳米氧化锌在电子器件导热性的应用
随着科技的发展，电子器件都朝着小型化超薄化和高度集成化发展，这对于材料的导热性要求更高，并且良好的导热性才可以提高电子器件的使用寿命。现阶段在电子封装材料和印刷电路板中广泛应用的环氧树脂材料的导热性系数偏低。氧化锌具有良好的导热性，为了提高其导热性，在环氧树脂材料中添加纳米氧化锌。通过制备不同样貌的氧化锌制作的环氧树脂材料的导热性也有所不同。
例如以六水合硝酸锌和二甲基咪唑为原料，并在空气条件下600℃下灼烧8小时的氧化锌粉末以12wt%添加到环氧树脂材料中，此时的导热系数1.09w/mk,而相同条件下普通的环氧树脂材料的导热系数为0.49w/mk。同时将以六水合硝酸锌和二甲基咪唑为原料得到的产物在600℃氮气条件下热解得到的碳氮杂化的氧化锌。将其以10wt%的量添加到环氧树脂的材料中导热系数达到了1.10w/mk，具有更好的导热性。
氧化锌具有良好的导热性和一些其他的良好的化学性质和物理性质，迄今为止在各个领域得到了广泛的应用。
四、聚丙烯/氧化锌导热复合材料的制备与性能研究
采用粒径为3μm和40μm复配的氧化锌粉体为导热填料以改善粉体在聚丙烯(PP)中的堆积密实度,以PP接枝马来酸酐为相容剂,与PP共混塑化,制备出PP/氧化锌导热复合材料,并对该导热复合材料的性能进行了研究。结果表明:当3μm和40μm氧化锌质量比为1:3、且总添加量为40%(体积分数)时,所得复合材料的热导率达到1.83 W/(m.K),热扩散系数为0.93×10-6 m2/s;相对于单一添加3μm或40μm粉体时,前者分别提高了15.8%和7.0%,后者分别提高了17.7%和12.0%;同时导热复合材料的体积电阻率、介电特性、力学性能和热稳定性均能满足对绝缘导热材料的要求。
五、鳞片石墨/ZnO导热PBT材料的制备及性能研究
为提高聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)材料的导热性能,采用鳞片石墨/ZnO作为导热填料制备鳞片石墨/ZnO导热PBT材料。研究单一导热材料(鳞片石墨或ZnO)和复配导热填料(鳞片石墨/ZnO)对导热PBT材料的导热性能和力学性能的影响。实验结果表明:鳞片石墨/ZnO作为复配填料能显著提高PBT材料的导热性能,当鳞片石墨/ZnO用量为50份时,导热PBT材料的导热系数为1.48 W/(m·K),较纯PBT材料的0.27 W/(m·K)提高近5.5倍,而随着鳞片石墨/ZnO用量的增加,导热PBT材料的力学性能均出现先升后降的现象,当鳞片石墨/ZnO用量为20份时,导热PBT材料拉伸强度,弯曲强度和冲击强度均为zui大值分别为77.6 MPa,101.4 MPa和6.04 k J/m2。
六、改性纳米氧化锌/硅橡胶导热复合材料的性能
采用硬脂酸,硅烷偶联剂KH570,硅烷偶联剂A-172分别对纳米ZnO进行表面改性处理,将改性纳米Zn O与加成型室温硫化硅橡胶进行复合。结果表明:当填充量为30phr时,A-172改性的复合材料体系导热系数达到0.47W/(m·K),较未改性的体系,其提升幅度ZUi大达到23%,同时复合材料的体积电阻率无明显变化,并且介电性能也得到了改善.综合认为A-172改性的纳米Zn O对硅橡胶导热性能改善有较好的效果。
七、Al2O3/ZnO填充PP导热绝缘复合材料的制备及性能
如今,电子器件向高集成化,高功率化发展,器件产生的热量需要及时散出。导热绝缘复合材料有较好的导热性和电绝缘性,可以作为电子包装材料。 本论文以聚丙烯(PP)为树脂基体,氧化铝(Al2O3),氧化锌(ZnO)为导热填料,采用熔融共混复合制备一种导热系数高,电绝缘性强,力学性能优良的导热绝缘复合材料。论文的主要内容: (1)研究了偶联剂类型,用量,表面处理时间对导热填料处理效果的影响,填料进行表面处理对复合材料性能的影响。结果表明:选用钛酸酯偶联剂,用量为导热填料质量分数的0.8%时,填料表面处理效果zui佳;填料进行表面处理后对复合材料的导热系数,力学性能均有所提高。 (2)研究了单一导热填料种类,填充量,粒径对导热绝复合材料导热系数,体积电阻率,力学性能的影响,对复合材料进行了流变性能,热稳定性,结晶性能分析。结果表明:随着ZnO,不同粒径Al2O3填充量的增大,复合材料的导热系数增大,体积电阻率变小,当粒径为40μmAl2O3质量填充分数达到80%时,材料导热系数达到1.266W/m·K,体积电阻率为7.5×1015·cm。
八、环氧树脂/氧化锌晶须/氮化硼导热绝缘复合材料的研究
以环氧树脂(EP)为基体,分别以氧化锌晶须(ZnOW)和ZnOw/氮化硼(BN)混合物为导热填科,制备了EP导热绝缘复合材科.研究了填料含量对复合材料导热性能,电绝缘性能及力学性能的影响,并利用扫描电镜对复合材料的断面形貌进行了观察。结果表明:随着导热填料含量的增大,复合材料的导热系数和介电常数增大,体积电阻率下降,而拉伸强度呈先增大后减小的趋势;在填料含量相同的情况下,EP/ZnOw/BN复合材料比EP/ZnOw复合材料具有更好的导热性能;当填科体积分数为15%时,EP/ZnOw/BN复合材料的热导率为1.06 W/(m·K),而EP/ZnOw复合材料的热导率为0.98 W/(m·K)。
九、氧化锌填充PA6制备绝缘导热塑料的研究
采用十六烷基三甲氧基硅烷对亚微米氧化锌粉体进行表面有机化改性,将此改性氧化锌与PA6复合制得导热PA6塑料,并对其性能进行研究。结果表明:改性后氧化锌粉体的吸油值比改性前降低了67%;改性氧化锌粉体在PA6树脂基体中分散均匀,PA6表现出良好的熔体流动性;当添加改性氧化锌的体积分数为25%时,PA6塑料表现出良好的导热性和绝缘性,其热导率达到1.05 W/(m.K),体积电阻率为7.29×1010Ω.m。
十、ZnO包覆Al2O3填充环氧树脂的导热与介电性能
采用溶胶-凝胶法制备出ZnO包覆Al2O3的复合粉体,并将其添加入环氧树脂中,研究其热导率和介电常数。结果表明,发现经550℃煅烧2h后,产物的包覆层从水合草酸锌被煅烧成为ZnO;ZnO峰形尖锐,结晶良好,ZnO较好地包覆在 Al2O3周围.ZnO包覆Al2O3的复合粉体添加到环氧树脂后,其热导率得到明显改善,且介电常数仍维持在较低水平(小于5).
十一、纳米氧化锌对液体硅橡胶导热性能的改进研究
以沉淀法合成了纳米氧化锌(ZnO),使用硅烷偶联剂对其进行表面改性,并制备了纳米ZnO与液体硅橡胶的复合材料,对改性前后纳米ZnO的结构进行了表征,并对复合材料的相关性能进行了研究。结果表明:通过接枝反应,硅烷偶联剂可以接枝到纳米ZnO表面,改性前后ZnO的晶型不发生变化;在较低添加量的情况下,纳米ZnO可以在一定程度上提高液体硅橡胶的力学性能,当添加量为2%时,改性前后纳米ZnO制备的液体硅橡胶复合材料的导热系数可以从0.189W/m.K分别提高到0.506W/m.K和0.61W/m.K。
十二、ZnO在Al2O3/导热环氧树脂灌封胶中的应用研究
采用硅烷偶联剂KH-560对ZnO粉体表面改性,研究了ZnO粒径及用量对Al2O3/导热环氧树脂灌封胶导热系数、粘度、拉伸剪切强度、沉降率、触变指数、耐热性的影响。结果表明:表面改性后的ZnO粉体颗粒分散均匀,无明显团聚现象;相同用量时,填充0.5μm ZnO的树脂体系的综合性能较5μm ZnO体系好。随ZnO用量的增加,灌封胶的导热系数、拉伸剪切强度、触变指数均呈先增大后减小的趋势,ZnO添加质量分数为20%时灌封胶导热系数、拉伸剪切强度大,分别为0.84 W/(m·K)、16.78 MPa,ZnO添加质量分数为60%时触变指数Zui大为1.89。随ZnO用量的增加灌封胶的粘度、耐热性均逐渐增大,沉降率逐渐降低。
十三、氰酸酯树脂/氧化锌晶须/石墨烯纳米片导热复合材料研究
采用四针状氧化锌晶须(ZnOw)和石墨烯纳米片(GNP)改性氰酸酯树脂(CE)制备了系列导热绝缘复合材料,研究了填料的种类和用量对氰酸酯复合材料导热,绝缘及热稳定性能的影响。当树脂基体中加入50%ZnOw或10%GNP时,复合材料的热导率分别达到0.77和0.97 W/(m·K),较纯树脂基体材料分别提高了185%和259%.将ZnOw与GNP混合填充氰酸酯树脂则更有利于提高复合材料的导热性能,当树脂基体中加入40%ZnOw和10%GNP混合填料时,复合材料的热导率可达到1.54 W/(m·K),较纯树脂基体材料提高了470%,并且该复合材料仍能够保持良好的电绝缘性能.TGA结果表明,石墨烯纳米片和氧化锌晶须的加入可以明显提高氰酸酯树脂复合材料的热稳定性。
十四、ZnO/EP复合材料的制备及其导热性能
采用溶胶-凝胶法制备纤锌矿型氧化锌(zinc oxide,ZnO)粉体,考察了煅烧温度对ZnO粉体质量的影响;将不同煅烧温度获得的ZnO填充于环氧树脂(EP)得到系列ZnO/EP复合材料,采用红外光谱仪和场发射扫描电子显微镜对ZnO/EP复合材料进行结构和形貌表征,研究了ZnO粉体粒径及填充量对ZnO/EP复合材料导热性能的影响。结果表明,ZnO粉体粒径随煅烧温度升高而增大,其中700℃下制得的ZnO粉体粒径大且纯度高.当ZnO填充量一定时,ZnO粉体粒径越大,越有利于提升ZnO/EP复合材料的导热性能;随ZnO填充量的增加,ZnO/EP复合材料的热导率不断提高,当ZnO体积分数为30.05%时,复合材料热导率达到0.54 W/(m·K),较纯环氧树脂提高了184%,且保持良好的力学性能。
十五、导热ZnO/EP复合材料的制备与性能研究
以ZnO粉体,环氧树脂E-51等原料通过溶胶-凝胶法制备ZnO/EP复合材料。采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)等对其进行表征,研究ZnO填充量对其力学性能和导热性能的影响。结果表明:随着ZnO粉体填充量的增加ZnO/EP复合材料的热导率逐渐升高,但力学性能有所下降,ZnO粉体填充量为40%时热导率达到了0.67W(m·K),较EP提高了272.2%。ZnO粉体的ZUi佳填充量为20%。
十六、导热绝缘环氧树脂/ZnO复合材料的制备及其性能研究
以双酚F环氧树脂为基体,以ZnO为导热填料,制备了EP导热绝缘复合材料。用硅烷偶联剂KH-570对氧化锌进行了改性,并研究了改性后的ZnO含量对复合材料力学性能,电绝缘性能以及导热性能的影响。实验结果表明:随着填料含量的增加,力学性能出现先降低后增大的现象,并在ZnO含量为15wt%时性能ZUi好;介电性能略有改变但仍然维持了聚合物材料所具有的低介电常数和低介电损耗的特点;复合材料的导热系数呈增加趋势,表明ZnO有效改善了树脂的导热性能。
