전자 기기, 신에너지 자동차, LED 조명 등 첨단 기술 분야에서는 효율적인 방열 소재가 매우 중요합니다.{0}} 기존 폴리머는 일반적으로 열 전도성이 낮아 고전력 장치의 열 방출 요구 사항을 충족하지 못합니다.- 이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 높은-열전도율-전도성 필러를 폴리머에 통합합니다. 질화붕소(BN)는 우수한 열 전도성, 전기 절연성, 화학적 안정성으로 인해 많은 주목을 받고 있습니다. 그러나 BN 필러만으로는 연속적이고 효율적인 열전도 경로를 형성하기 어려운 경우가 많습니다. 따라서 "다-차원 필러 시너지"와 "3차원 네트워크 구성"이라는 두 가지 측면에서 시작하는 의도적인 설계 및 규제를 통해 상대적으로 낮은 필러 로딩에서도 효과적인 열 전도 네트워크를 구축할 수 있으며 이를 통해 높은-열전도-복합재를 생산할 수 있습니다.
I. 질화붕소 및 다차원 충전제 배합-
단일 BN 필러의 경우 동일한 구조와 크기로 인해 폴리머에 공극이 생성되는 경향이 있으며 공기의 열전도율이 낮아 재료의 열 성능 향상이 제한됩니다. 하이브리드 필러를 사용하면 다음과 같은 주요 이점이 있습니다.
① 다양한 모양의 필러 간의 시너지 효과는 폴리머의 우수한 기계적 및 가공 특성을 유지하면서 낮은 충전재에서 더 높은 열전도도를 달성합니다.
② 필러는 난연성, 소수성과 같은 다른 기능을 재료에 부여할 수도 있습니다.
0-차원 필러가 있는 01 BN: "점-평면" 조합
0-차원 필러는 세분화되어 있습니다. 2{2}}차원 BN과 0{3}}차원 열 전도성 필러는 "점-평면" 방식으로 결합되어 라멜라 사이의 간격을 채우고 패킹 밀도를 높이며 열 전도 네트워크의 형성을 촉진합니다. h-BN과 혼성화된 일반적인 0{5}}차원 열전도성 필러로는 탄화규소 입자(SiC), 은나노 입자(AgNPs), 알루미나 입자(Al2O₃) 및 실리카 입자(SiO2)가 있습니다.
1차원 필러가 포함된 02 BN-: "선-평면" 조합
1-차원 필러는 관형 또는 선형 구조를 가지고 있습니다. BN과 1{2}}차원 열 전도성 필러는 "선-평면" 방식으로 결합하여 폴리머 매트릭스와 h-BN을 연결하는 "브리지" 역할을 하여 내부 열 전도 네트워크를 더 조밀하게 만들고 계면 열 저항을 줄이고 열 전달 효율을 향상시킵니다. h-BN과 혼성화된 일반적인 1{5}}차원 열 전도성 필러로는 탄소 나노튜브(CNT), 실리콘 카바이드 나노와이어(SiCNW), 은 나노와이어(AgNW), 아라미드 나노섬유(ANF) 및 탄소 섬유(CF)가 있습니다.
2차원 필러가 포함된 03 BN-: "평면-평면" 조합
2차원-재료에는 플레이크와 같은-구조가 있습니다. 2차원 필러와 혼합된 BN에 대한 연구는 주로 산화 그래핀(GO)에 중점을 두고 있습니다. 두 가지 모두 긴밀한 계면 결합, 우수한 포논 스펙트럼 매칭 및 낮은 계면 열 저항을 나타내어 -면 열전도율을 시너지적으로 향상시킵니다. 충전재의 조밀한 패킹은 -면 내 및 통과-면 열 전달을 모두 향상시켜 열 전도 이방성을 점차적으로 제거합니다.
04 다중-성분 열전도성 필러
h-BN과 다양한 유형의 열 전도성 필러를 혼성화하는 것이 연구의 핫스팟이 되었습니다. 열 전도성 필러의 다양성을 늘리면 더 복잡한 열 전도 경로가 생성되고, 빠른 열 전달이 촉진되며, 난연성 및 소수성과 같은 다양한 기능을 재료에 부여할 수 있습니다. 그러나 열전도성 필러의 종류가 증가함에 따라 필러 구조의 불확실성도 증폭됩니다.
II. 3차원-열전도 네트워크 구축
다양한 입자 크기와 형태의 복합재 필러가 재료 내부의 열 전도 경로 형성을 효과적으로 촉진할 수 있지만 필러를 도입하면 계면 열 저항이 증가합니다. 3D 열전도 네트워크를 구축하면 필러와 매트릭스 사이의 접촉 면적을 줄이고 계면 열저항을 낮출 뿐만 아니라 지속적이고 안정적인 열전도 네트워크를 구축하여 낮은 필러 로딩에서 복합재의 열전도도를 효율적으로 향상시킵니다. 현재 3D 열전도 네트워크를 구성하는 네 가지 주요 방법이 있습니다.
01 템플릿 방식 : 구조적으로 제어 가능, 조작 용이
템플릿 방법은 복합재의 3차원 구조를 구성하는 데 널리 사용됩니다.- 네트워크 구조에 대한 정밀한 제어, 다양한 필러 및 매트릭스에의 적용성, 간단한 조작 등이 장점입니다. 그러나 필러 함량을 크게 늘릴 수는 없습니다.
얼음 템플릿 방식: 얼음 결정이 특정 방향으로 성장하는 수용액의 방향성 동결을 활용하여 3차원 열전도 네트워크를 구축합니다. 단순성과 조작 용이성으로 인해 널리 적용됩니다.
폼 템플릿 방식: 폼을 간단한 템플릿으로 사용하고 높은-열전도율-충전재를 주요 구성 요소로 사용합니다. 함침 기술은 미리 형성된 음압-3차원-네트워크 구조에 액체 폴리머를 침투시킵니다. 기계적 압축은 열 전도 네트워크를 조밀화하고 정렬하여 다기능 응용 분야를 위한 고성능 열 전도성 복합재를 생성합니다.
희생 템플릿 방법: 3차원으로 상호 연결된 열 전도 네트워크를 생성하기 위해 초기 템플릿을 제거합니다.- 수많은 연구에서 열 전도성 복합재의 3D 네트워크 구조를 준비하기 위해 소금과 수용성 설탕을 희생 템플릿으로 사용했습니다.
02 자체-조립 방법
기본 구조 단위(분자, 나노물질, 마이크론- 또는 더 큰- 규모의 물질)가 비-공유 상호작용을 통해 자발적으로 정렬된 구조를 형성하는 기술입니다. 템플릿 방식에 비해 간편하고 비용이 저렴하며 필러 함량의 상한을 높일 수 있습니다. 그러나 바인더나 전도성이 높은 필러가 유입되어 절연 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
03 핫{1}}압착 방식
가열 및 프레싱을 사용하여 지향성 3D 네트워크 구조를 구성하여 열 전도성과 기계적 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 이는 일반적으로 기계적 간섭을 통해 달성됩니다. 열간-압착 공정의 매개변수는 조정이 가능하여 방향 제어가 가능하며 내부 구조 안정성을 강화하는 동시에 광범위한 재료 시스템에 적용할 수 있습니다.
04 3D 인쇄 방법
높은 디자인 자유도, 저렴한 비용, 빠른 처리가 특징인 금형이 없는{0}}직접 필기 기술입니다. 공정 중에 용융 압출 및 전단 흐름은 폴리머 매트릭스에서 BNNS의 높은 배향을 유도하여 기계적 강도와 열전도도를 향상시킵니다. 이 기술은 연구 및 산업 제조에 널리 사용됩니다.
05 기타 공법
혁신적인 3D 네트워크 구축 기술(예: 전기방사, 기계화학적 방법)은 열전도도를 크게 높이는 동시에 기계적 및 전기적 성능과 같은 다른 특성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 이러한 방법의 효율성은 다양하며 다양성이 부족하거나 실험 조건이 까다로운 등의 한계에 직면합니다.