氮化硼-聚合物层状复合材料的制备与表征开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

随着5g、半导体和微电子技术的不断革新，电子产品趋向于小型化、轻捷化和集成化方向发展。在长时间、高频率的工作环境下，微电子元器件和半导体器件等由于散热不佳，导致设备使用安全性降低、寿命变短、运行性能降低。如何提升电子器件的热传导效率已成为现阶段的挑战性问题。此外，介电材料也广泛应用于电力电子、电力调节和脉冲电源等系统中。介电电容器由于其高功率密度、抗循环老化性能稳定等优点成为当前的研究热点。传统陶瓷材料具有高介电常数，但是其制备工艺复杂、体积大且不耐高压。而聚合物介电材料具有机械性能好、易于加工且击穿场强高的特点，但是通常介电常数较低。因此，研究和制备具有高介电常数、高击穿场强和低介电损耗的聚合物基介电复合材料具有重要的意义。通过研究，部分聚合物虽以其来源广泛、质轻、易加工等性能引起了人们的关注，但是其导热系数低，并且工作温度也低于高精尖电子设备的需求。在此情境下，将聚合物与复合无机材料复合，以改善聚合物的导热性、增加其击穿场强，也成为人们关注的热点。本课题致力于改良电子器件的导热性，并获得高介电系数的复合材料，以氮化硼（bn）纳米片为填料，pvdf及其他聚合物为基体。重点研究纳米片填料含量及其在聚合物基体中的取向分布对复合材料的高介电响应和热导率的影响^[1-7,12-13]。

pvdf又称聚偏氟乙烯，它有良好的电学性能，是一种有机压电材料，又称压电聚合物（压电应变常数d₃₁>20×10^-12(c/n)，压电常数g₃₁>174×10^-3(v·m/n)，耦合系数k₃₁>10.2%）。pvdf以半结晶型聚合物形式存在，其表现出铁电或压电性主要取决于其不同的结构和晶型。根据其分子构型，pvdf可以呈现α、β、γ、δ和ε五种不同晶型结构，其中α型最稳定，为非极性；而分子链为tttt全反式构象的β相，偶极平行排列，自发极化大，具有很强的压电效应，是理想的介电材料^[16]。但是pvdf的介电常数较低，在6到12之间。因此，制备高介电常数聚合物基复合材料是亟待研究的课题。除了pvdf，还有一些聚合物也是合适的基体。如聚芳胺（panf），由于其具有较高的机械性能（拉伸强度≈3.6 gpa，模量≈90 gpa）和热性能（降解温度≈550°c），广泛应用于防弹服、航空航天和汽车工业；聚甲基丙烯酸甲酯（pmma），也是一种价格低廉、耐高温的有机材料。

六方氮化硼（h-bn）是松散、质地柔软且有光滑感的白色粉末，性质与石墨类似，故有“白色石墨”之称。其结构相当于石墨烯六边蜂窝形碳单元结构上相邻的两个碳原子，依次被硼原子和氮原子取代。与块状h-bn相比，bnns的热传导性能、电绝缘性能、光学性能和力学性能等都显著提升。bnns的热导率远远高于块体h-bn。bnn(002)晶面上的热导率高达2000w/(m·k)，而块体氮化硼的热导率仅为600w/(m·k)。因其优良的热传导性能，氮化硼成为了理想的纳米填料 ^[10-11]。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容

以开发新型层状复合电介质材料为主要研究目标，其中氮化硼（bn）纳米片为填料，pvdf及其它聚合物为有机基体。重点研究纳米片填料含量及其在聚合物基体中的取向分布对复合材料的高介电响应和热导率的影响。

目标

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－7周：按照设计方案，调研制备bn填充基层状复合材料的方法与进展。涵盖sem，tem和ft-ir等测试手段对这类复合材料的微观结构的表征与分析。

第8－11周：调研bn填充基层状复合材料介电特性的表征与分析。总结复合材料的高介电响应，热导率与bn填料含量、取向分布之间的关系。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] li q, chen l, gadinski m r, et al. flexiblehigh-temperature dielectric materials from polymer nanocomposites[j]. nature,2015, 523(7562): 576-579.

[2] dang z m, yuan j k, yao s h, et al. flexiblenanodielectric materials with high permittivity for power energy storage[j].advanced materials, 2013, 25(44): 6334-6365.

[3] burger n, laachachi a, ferriol m, et al. review ofthermal conductivity in composites: mechanisms, parameters and theory[j].progress in polymer science, 2016, 61: 1-28.