碳納米管與銀納米線的表面修飾及其環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料.pdf

1、電子元器件集成度的不斷增加以及3D封裝等新型封裝技術(shù)的發(fā)展使得有效熱管理成為保證電子元器件的高性能和工作穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。制備高導(dǎo)熱的環(huán)氧樹(shù)脂基底部封裝材料來(lái)降低集成芯片以及電子元器件的工作溫度成為研究的熱點(diǎn)。但是環(huán)氧樹(shù)脂的低導(dǎo)熱性能限制了電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用，迫切需要開(kāi)發(fā)出具有高導(dǎo)熱（>1 W/m·K）、高玻璃化溫度（>125℃）、低粘度（<20 Pa.s，25℃）且具有電絕緣性的環(huán)氧樹(shù)脂基高性能底部封裝材料。
　　本論文通過(guò)對(duì)碳

2、納米管的表面修飾，制備了類(lèi)流體化碳納米管、離子液體非共價(jià)鍵修飾碳納米管，有效改善了環(huán)氧樹(shù)脂/納米碳復(fù)合體系的分散特性和與基體界面相互作用，研究了碳納米管功能化對(duì)于復(fù)合材料流變性能、導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能以及力學(xué)性能方面的影響。此外，采用二氧化硅包覆銀納米線和銀納米線與納米二氧化硅粒子雜化填料體系與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合，進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。
　　首先，采用表面共價(jià)接枝、離子交換的方法制備了在室溫條件下具有低粘度、可流動(dòng)的離子型碳納米

3、管類(lèi)流體，與雙酚 A型環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合后制備了環(huán)氧樹(shù)脂/MWCNTs-iL復(fù)合材料。碳納米管類(lèi)流體的可流動(dòng)性降低了復(fù)合材料的粘度，改善了復(fù)合材料的加工流動(dòng)性能。盡管碳納米管在環(huán)氧樹(shù)脂中的分散性明顯改善，但共價(jià)修飾過(guò)程對(duì)碳納米管結(jié)構(gòu)存在破壞，環(huán)氧樹(shù)脂/MWCNTs-iL復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能并沒(méi)有明顯提升。
　　其次，我們合成了咪唑類(lèi)氨基離子液體，通過(guò)π-π以及陽(yáng)離子-π非共價(jià)作用制備了氨基離子液體改性碳納米管（AIL-MWCNTs），與環(huán)

4、氧樹(shù)脂復(fù)合制備了環(huán)氧樹(shù)脂/AIL-MWCNTs復(fù)合材料。研究了非共價(jià)修飾過(guò)程對(duì)于碳納米管在基體中分散、復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、斷裂韌性、導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能的影響。結(jié)果表明，AIL-MWCNTs表面的氨基提高了碳納米管與環(huán)氧樹(shù)脂基體的相容性，改善了碳納米管在基體中的分散性和增強(qiáng)兩者之間的界面結(jié)合力，提高了環(huán)氧樹(shù)脂/AIL-MWCNTs復(fù)合材料的斷裂韌性、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能以及熱穩(wěn)定性能。同時(shí) AIL-MWCNTs與環(huán)氧樹(shù)脂在界面處形成的共價(jià)鍵能有

5、效降低碳納米管與環(huán)氧樹(shù)脂基體之間的聲子譜差異，從而降低界面熱阻，提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。
　　再次，具有核殼結(jié)構(gòu)以及大長(zhǎng)徑比的二氧化硅包覆銀納米線被用來(lái)進(jìn)一步提高環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。包覆在銀納米線表面的二氧化硅層明顯改善銀納米線在基體中的分散性、與基體界面相互作用。同時(shí)，中間模量的二氧化硅層起到促進(jìn)聲子傳導(dǎo)的跳板作用，減少了界面聲子散射，有效降低了界面熱阻。與環(huán)氧樹(shù)脂/AgNWs復(fù)合材料相比，環(huán)氧樹(shù)脂/AgNWs@SiO2

6、復(fù)合材料具有更高的熱導(dǎo)率、電絕緣性以及介電性能。在4vol％AgNWs@SiO2填充量下，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為1.030 W/m·K，玻璃化溫度為137.6℃，電阻率為1.385×1014Ω·cm，介電損耗低于0.035并且在25℃下的粘度小于20 Pa.s，可作為高性能底部封裝材料應(yīng)用于電子封裝領(lǐng)域。
　　最后，通過(guò)在環(huán)氧樹(shù)脂/銀納米線復(fù)合材料中引入納米二氧化硅粒子這種簡(jiǎn)單和有效的方式制備了同時(shí)具有高導(dǎo)熱和電絕緣的環(huán)氧樹(shù)脂基電子封

7、裝材料。首次采用商業(yè)化的二氧化硅改性環(huán)氧樹(shù)脂，利用銀納米線與二氧化硅粒子之間的相互作用，通過(guò)簡(jiǎn)單的共混操作，有效的提高了銀納米線在環(huán)氧樹(shù)脂的分散。另外，納米二氧化硅提高了環(huán)氧樹(shù)脂基體的模量，同樣起到了促進(jìn)銀納米線與環(huán)氧樹(shù)脂模量匹配的作用。與環(huán)氧樹(shù)脂/銀納米線復(fù)合材料相比，環(huán)氧樹(shù)脂/二氧化硅/銀納米線復(fù)合材料在不破壞復(fù)合材料力學(xué)性能提前下大幅提高了材料的導(dǎo)熱性能。另外，聚集在銀納米線的納米二氧化硅粒子形成了電絕緣層，保持了復(fù)合材料的電絕緣