酰胺化氮化硼?氧化石墨烯導(dǎo)熱絕緣油墨的研制

官燕燕，屈貞財(cái)，陳海生，葉義成

酰胺化氮化硼?氧化石墨烯導(dǎo)熱絕緣油墨的研制

官燕燕1，屈貞財(cái)2，陳海生1，葉義成3

（1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山 528436； 2.江門(mén)市（鶴山）精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)園，廣東 江門(mén) 529700； 3.中榮印刷集團(tuán)股份有限公司，廣東 中山，528436）

研制兼具導(dǎo)熱和絕緣特性的油墨，以拓展油墨在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。以氮化硼（BN）晶體和尿素為原料，采用球磨法合成了氨基化氮化硼（BN?NH2）納米片，并在羧基活化劑的參與下，利用氧化石墨烯（GO）上的羧基與BN?NH2上的氨基共價(jià)反應(yīng)，制備酰胺化氮化硼?氧化石墨烯納米復(fù)合填料（BN?GO），輔以高分子樹(shù)脂、單體、顏料及各類助劑，研制導(dǎo)熱絕緣油墨。利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、激光拉曼光譜儀、傅里葉變換紅外光譜儀和X射線光電子能譜儀等手段對(duì)BN?NH2納米片的形貌結(jié)構(gòu)、晶型晶面和BN?GO的價(jià)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，最后對(duì)油墨的印刷適性、導(dǎo)熱性能和絕緣性能進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)成功制備了氨基化氮化硼（BN?NH2）納米片和酰胺化氮化硼?氧化石墨烯納米復(fù)合填料（BN?GO），當(dāng)BN?GO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí)，所制備的導(dǎo)熱絕緣油墨的印刷適性良好，印刷打樣后的導(dǎo)熱系數(shù)可提升至1.45 W/(m?K)，體積電阻率高達(dá)9.86×1011Ω·cm，相較于空白油墨試樣，分別提升了4.8倍和3.7倍。所研制導(dǎo)熱絕緣油墨可在保持良好印刷適性的同時(shí)賦予油墨優(yōu)良的導(dǎo)熱性能。

氮化硼；氧化石墨烯；導(dǎo)熱系數(shù)；絕緣；油墨

隨著新一代5G技術(shù)和人工智能技術(shù)的高速發(fā)展，電子元器件的尺寸更小、集成度更高、功能更全，逐漸向微型化、便捷化和高安全性方向發(fā)展，隨之而來(lái)的散熱問(wèn)題成為制約器件發(fā)展的重要難題[1]。過(guò)高的熱量聚集會(huì)造成器件的老化變形、短路故障和使用壽命減退等問(wèn)題。研究表明，當(dāng)電子器件的工作溫度超過(guò)最大允許工作溫度20 ℃后，其故障發(fā)生率高達(dá)100%[2]。為了保障電子器件穩(wěn)定、安全、正常地工作，快速散熱成為延長(zhǎng)其工作壽命的關(guān)鍵。為了徹底解決電子元器件的散熱問(wèn)題，除了自身材料應(yīng)具備優(yōu)良的導(dǎo)熱性外，其外層用于裝潢和標(biāo)識(shí)信息的油墨也需具備優(yōu)良的散熱能力。通常，油墨印刷后會(huì)形成致密的墨膜，墨膜會(huì)牢牢地附著在電子器件表面，成為阻礙熱量散失的屏障[3]。研制一種既能滿足電子產(chǎn)品的印刷要求，又能夠及時(shí)將熱量散發(fā)出去的導(dǎo)熱油墨成為油墨行業(yè)的重要研發(fā)任務(wù)。

在導(dǎo)熱油墨的各組分中，高效散熱材料是導(dǎo)熱油墨的核心和關(guān)鍵。繼二維石墨烯成功引入導(dǎo)熱領(lǐng)域[4]后，六方氮化硼、納米金剛石、碳納米管、納米氮化硅、Mxene等材料也被用于電子器件的散熱，取得了較好的研究成果[5]。在這些導(dǎo)熱材料中，碳基材料的導(dǎo)熱性能最好，如單層石墨烯的理論導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到5 300 W/(m·K)[6]，但是它不滿足電子元器件的絕緣需求，其安全性較低。相比之下，氮化硼具有成本低、可剝離、熱穩(wěn)定性高、電絕緣性好、尺寸效應(yīng)獨(dú)特等顯著優(yōu)勢(shì)，成為絕緣導(dǎo)熱領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[7]。由于氮化硼的導(dǎo)熱系數(shù)明顯低于碳基材料的導(dǎo)熱系數(shù)，因此，如果能將氮化硼與石墨烯巧妙結(jié)合，不僅可以降低成本，還能賦予材料優(yōu)良的導(dǎo)熱和絕緣能力，對(duì)電子元器件的安全使用具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義[8]。

傳統(tǒng)的直接物理共混石墨烯和氮化硼的方式，已經(jīng)被研究證實(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，因此，通過(guò)化學(xué)作用將二者結(jié)合起來(lái)成為新的研究方向。由于純的石墨烯和氮化硼缺少活性反應(yīng)基團(tuán)，因此不能直接反應(yīng)，這就需要對(duì)其進(jìn)行功能化處理，使其帶上活性基團(tuán)。氧化石墨烯是石墨烯經(jīng)過(guò)氧化處理后的衍生物，帶有大量的活性基團(tuán)（羧基和羥基），其導(dǎo)熱系數(shù)較低，小于0.1 W/(m·K)，其絕緣性良好（約為109Ω·cm）?；诖?，文中通過(guò)將氨基化的氮化硼與氧化石墨烯進(jìn)行共價(jià)反應(yīng)，以降低氧化石墨烯中的氧含量，提升其導(dǎo)熱性，再結(jié)合氮化硼的絕緣性，制備出兼具導(dǎo)熱和絕緣特性的功能性填料。實(shí)驗(yàn)首先通過(guò)球磨氮化硼晶體和尿素制備氨基化的氮化硼（BN?NH2），利用BN?NH2上的氨基與氧化石墨烯（GO）上的羧基形成酰胺鍵，合成酰胺化氮化硼?氧化石墨烯復(fù)合填料（BN?GO），再輔以高分子樹(shù)脂、稀釋單體、顏料及各類助劑，制備導(dǎo)熱絕緣油墨。最后探究不同BN?GO添加比例對(duì)油墨綜合性能的影響，以期為高導(dǎo)熱絕緣油墨的研究和開(kāi)發(fā)提供一定的實(shí)驗(yàn)參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

主要原料：氮化硼（AR，99.9 %），浙江亞美納米科技有限公司；尿素（AR，99 %），河南濮陽(yáng)邁奇化學(xué)股份有限公司；氧化石墨烯（厚度0.8～1.2 nm），浙江智鈦納微新材料有限公司；碳化二亞胺（AR）、N?羥基琥珀酰亞胺（AR），北京中生瑞泰科技有限公司；鈦白粉，NR950，南京鈦白化工有限公司；碳酸鈉（AR），北京康普匯維科技有限公司；光引發(fā)劑，2,4,6?三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦（TPO），德國(guó)巴斯夫化工有限公司；新戊二醇二丙烯酸酯（NPDGA，AR），上海麥克林生化科技有限公司；聚氨酯丙烯酸酯（AgiSyn271），上海光易化工有限公司；環(huán)氧丙烯酸酯（B?100），廣東博興新材料有限公司；各類油墨助劑，中榮印刷集團(tuán)股份有限公司。

1.2 設(shè)備

主要設(shè)備：D8 X射線衍射儀（XRD，DISCOVER），德國(guó)布魯克公司；DS240?10H型超聲波清洗機(jī)，浙江鼎實(shí)科技有限公司；SIGMA?300掃描電鏡（SEM），德國(guó)蔡司集團(tuán)；FJ200型高速分散機(jī)，上海滬析實(shí)業(yè)有限公司；傅里葉變換紅外光譜儀（FT–IR），廣州標(biāo)際檢測(cè)技術(shù)有限公司；ZNN?D6旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海捷滬儀器儀表有限公司；X射線光電子能譜（XPS，Axis Supra），德國(guó)耐馳公司；HWXT?9053A恒溫干燥箱，深圳市澳德瑪電子科技有限公司；WT?2022型電子天平，常州萬(wàn)泰天平儀器有限公司；Finder One 激光拉曼光譜儀（Raman），深圳市三莉科技有限公司；TG18G 臺(tái)式高速離心機(jī)，江蘇新春蘭科學(xué)儀器有限公司；QXD型刮板細(xì)度計(jì)，深圳市銳進(jìn)科技有限公司。

1.3 試樣的制備

1）BN?NH2納米片的制備。參照文獻(xiàn)[9]的方法，并進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。首先準(zhǔn)確稱量2.0 g氮化硼晶體和100.0 g尿素加入球磨罐中，隨后向球磨罐中加入150 mL去離子水和112.2 g的直徑分別為2、5、10 mm的鋼珠（比例為4∶2∶1），然后以800 r/min的轉(zhuǎn)速球磨8 h。待球磨結(jié)束后，將反應(yīng)液在1 000 r/min的條件下離心15 min，收集上層懸浮液繼續(xù)在5 000 r/min的條件下離心30min，取下層沉淀物，并置于干燥箱中干燥，得到氨基化氮化硼納米片。在不加入尿素的情況下，采用相同的球磨方法對(duì)氮化硼晶體進(jìn)行剝離，得到氮化硼納米片，作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

2）BN?GO復(fù)合填料的制備[10]。將20.0 mg GO與40 mL去離子水混合，并通過(guò)攪拌使其分散均勻。然后在35 ℃、200 W下超聲10min，得到氧化石墨烯分散液。隨后將氧化石墨烯分散液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，加入40.0 mg氨基化氮化硼連續(xù)攪拌，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%的碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)其pH值在7～9之間，依次加入20.0 mg的碳二亞胺和30.0 mg的N?羥基琥珀酰亞胺，以300 r/min的速度持續(xù)攪拌反應(yīng)4 h。最后抽濾15 h，并置于干燥箱中，得到酰胺化氮化硼?氧化石墨烯納米填料。

3）導(dǎo)熱絕緣油墨的制備[11]。首先將占油墨總質(zhì)量30%～50%的高分子樹(shù)脂（聚氨酯丙烯酸酯+環(huán)氧丙烯酸酯）、30%～50%的新戊二醇二丙烯酸酯、1%～10%的TPO、10%～30%的鈦白粉、1%～10%的BN?GO、0.1%～5%的助劑進(jìn)行稱量，依次加入500 mL的燒杯中。隨后，將混合物置于高速分散機(jī)（2 500 r/min）下分散60 min。接著，用三輥研磨機(jī)進(jìn)一步對(duì)油墨粗漿料粉碎研磨2 h。最后使用300目紗網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，即可制備導(dǎo)熱絕緣油墨。

1.4 表征與測(cè)試

1）采用SEM表征氮化硼和氨基化氮化硼的形貌。先用乙醇分散試樣，然后用滴管吸取分散液滴，將其滴在干燥潔凈的硅片上晾干，隨后在10 mA電流下噴金15 s。在工作電壓15 kV、光闌30 um、工作距離8.5 mm的參數(shù)下進(jìn)行試樣表面形貌觀察。

2）采用XRD測(cè)試樣品的晶型。在2廣角衍射下，使用Cu Ka輻射（λ= 0.154 nm）為激發(fā)源，掃描范圍為5°～ 80°，掃描速率為5 (°)/min。

3）采用Raman光譜儀測(cè)試樣品的晶面，選擇535 nm氬激光作為激發(fā)光源，波數(shù)范圍為200～3 000 cm-1。

4）采用FT?IR表征氨基化氮化硼和酰胺化氮化硼?石墨烯的化學(xué)鍵及元素吸收。首先對(duì)試樣進(jìn)行溴化鉀壓片處理，掃描波數(shù)范圍為500～4 000 cm-1。

5） 使用XPS觀察試樣的價(jià)鍵狀態(tài)，選擇1 486.8 eV AlKα 輻射為激發(fā)源，掃描范圍為0～1 200 eV。

6）將實(shí)驗(yàn)制備的GO、BN和BN?GO分別以相對(duì)于油墨總質(zhì)量的0%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%的比例添加到油墨中，并在1 000 r/min的轉(zhuǎn)速下高速分散15 min，以制備導(dǎo)熱絕緣油墨。首先測(cè)試了油墨的流平性[12]、黏度[13]和細(xì)度[14]等基本性能，隨后將其印刷打樣在鋁塑膜上，測(cè)試油墨的固化速率[15]和干燥后的附著力[16]。

7）使用激光閃射法測(cè)試印刷品的導(dǎo)熱系數(shù)[17]。

8）參照GJB 6401—2008[18]的方法測(cè)試印刷膜的體積電阻率。

2 結(jié)果與討論

2.1 氨基化氮化硼的制備表征

為了證實(shí)已成功制備氨基化氮化硼，分別使用FT?IR、SEM、XRD和Raman對(duì)純BN和BN?NH2進(jìn)行對(duì)比分析。氮化硼納米片處理前后的紅外光譜如圖1所示，可以看出，純BN僅在1 310、754 cm-1處存在B?N的拉伸振動(dòng)峰和彎曲振動(dòng)峰，而B(niǎo)N?NH2在3 350、3 199 cm-1處分別存在O—H和N—H的拉伸振動(dòng)峰，表明—NH2被接枝在BN表面，形成了BN?NH2。

圖1 BN和BN?NH2的紅外光譜

氮化硼納米片處理前后的微觀尺寸和表面相貌如圖2所示。從圖2a可以看出，通過(guò)球磨剝離的氮化硼納米片具有較大的比表面積，其表面光滑；經(jīng)過(guò)氨基修飾后的氨基化氮化硼納米片，其表面明顯聚集了很多細(xì)小顆粒物，且不規(guī)則地分布在氮化硼表面邊緣，使氮化硼原本光滑的表面變得粗糙和雜亂（見(jiàn)圖2b）。

圖2 純BN及BN?NH2的微觀形貌

純BN和BN?NH2的XRD圖譜如圖3所示。由圖3可知，純BN的晶型完整，其XRD譜圖在26.8°、41.7°、43.9°、50.3°、55.2°處有衍射峰，分別對(duì)應(yīng)BN的（002）、（100）、（101）、（102）、（104）晶面[19]。相比之下，BN?NH2的XRD衍射峰強(qiáng)度明顯降低，對(duì)應(yīng)（002）、（100）和（101）晶面的2角，逐漸向角度增大的方向移動(dòng)。這是因?yàn)橐氚被?，BN納米片的晶型受到一定程度的破壞，其邊緣處的晶胞開(kāi)始收縮，并變得粗糙（圖2b），晶面間距減小，衍射角逐漸變大[20]。

圖3 BN和BN?NH2的XRD衍射圖

BN和BN?NH2的拉曼光譜如圖4所示。從圖4可以看出，純BN在1 345 cm-1處有很強(qiáng)的拉曼吸收峰，而B(niǎo)N?NH2的拉曼吸收峰強(qiáng)度明顯變?nèi)酰瑥? 345 cm-1移動(dòng)至1 331 cm-1。這是由于氨基的表面接枝引起B(yǎng)N的能量發(fā)生變化，致使拉曼光譜向低波數(shù)發(fā)生紅移，這一結(jié)果與圖3的XRD分析結(jié)果完全一致，表明實(shí)驗(yàn)成功制備了氨基化氮化硼。

圖4 BN和BN?NH2的拉曼光譜

2.2 酰胺化氮化硼?石墨烯納米填料（BN?GO）的表征

使用紅外光譜（FT?IR）對(duì)氧化石墨烯（GO）和酰胺化氮化硼?石墨烯納米填料（BN?GO）的紅外吸收進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，氧化石墨烯（GO）主要由碳鏈構(gòu)成，因而紅外吸收峰較少，僅在3 400 cm-1處顯示羧基中的伸縮振動(dòng)峰。相比之下，BN?GO除了具有相同的羥基振動(dòng)峰外，還在1 640和1 440 cm-1具有明顯的紅外吸收峰，對(duì)應(yīng)于BN?GO結(jié)構(gòu)中的—CO—NH—和—C—N—，證明BN?NH2與GO發(fā)生了反應(yīng)，形成了酰胺鍵，表明酰胺化氮化硼?石墨烯納米填料（BN?GO）被成功合成。

圖5 GO和BN?GO的紅外光譜

GO和BN?GO的XPS譜圖如圖6所示。由圖6a可知，與純GO的XPS光譜相比，BN?GO的XPS光譜上除了自身的C和O元素外，還存在微弱的B和N元素峰。這可能是因GO具有一定的成膜性，遮蓋了BN的元素峰，使其變?nèi)?。BN?GO的N1s譜圖如圖6b所示，可以看出，位于398.5和400.9 eV的2個(gè)峰分別對(duì)應(yīng)N—B和N—C鍵的XPS結(jié)合能[21]。N—C鍵結(jié)合能的發(fā)現(xiàn)，再一次證明GO與BN?NH2之間存在酰胺鍵連接。

圖6 試樣GO和BN?GO的XPS能譜圖

2.3 導(dǎo)熱絕緣油墨的印刷適性測(cè)試

導(dǎo)熱絕緣油墨的印刷適性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，隨著B(niǎo)N?GO的加入，導(dǎo)熱絕緣油墨的流變性變差，固化速率和附著力逐漸下降，而黏度和細(xì)度均有所上升。因?yàn)锽N?GO為細(xì)小微粒，在油墨中極易團(tuán)聚，尤其是在樹(shù)脂的作用下，會(huì)形成粒徑較大的小微球，從而影響油墨的流平和鋪展，促使油墨的細(xì)度上升[22]。此外，BN?GO作為固體填料，在加入油墨后必然會(huì)使油墨體系的固含量增加、黏度增大。由于加入BN?GO后會(huì)形成物理屏障作用，阻礙了高分子樹(shù)脂和稀釋單體之間的交聯(lián)固化反應(yīng)，進(jìn)而降低了體系的固化速率和固化程度，油墨干燥后的附著力也隨之下降。當(dāng)BN?GO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3.0%后，油墨的流平性開(kāi)始變差，細(xì)度≥20 μm，黏度>70 s，固化速率<20 m/30 s，附著力降為4B。

2.4 導(dǎo)熱絕緣油墨的導(dǎo)熱性能測(cè)試

對(duì)不同添加量的BN?GO導(dǎo)熱絕緣油墨進(jìn)行打樣印刷，樣品為50 mm×35 mm×0.088 mm的鋁塑膜，印刷厚度為10 μm。測(cè)試干燥后墨膜的導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，空白油墨印刷干燥后的導(dǎo)熱系數(shù)非常低，僅為0.25 W/(m?K)。隨著填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.0%上升至3.0%時(shí)，添加GO的油墨導(dǎo)熱系數(shù)從0.26 W/(m?K)上升至0.45 W/(m?K)，而添加了BN的油墨導(dǎo)熱系數(shù)從0.78 W/(m?K)提升至1.23 W/(m?K)。相比之下，添加了BN?GO的油墨具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，其導(dǎo)熱系數(shù)從0.82 W/(m?K)提升至1.45 W/(m?K)。這是因?yàn)檠趸┑淖陨韺?dǎo)熱系數(shù)很低，氮化硼納米片的導(dǎo)熱系數(shù)低于石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)，而B(niǎo)N?GO結(jié)合了氮化硼和石墨烯的優(yōu)點(diǎn)，展現(xiàn)出更高的導(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)3.0%后，印刷墨膜的導(dǎo)熱系數(shù)開(kāi)始下降。由于GO、BN和GO?BN均為粉末狀微粒，其尺寸效應(yīng)獨(dú)特、極易團(tuán)聚成塊。特別是與樹(shù)脂連接料混合后，其黏度上升、細(xì)度下降，對(duì)油墨的印刷適性會(huì)造成不利影響，進(jìn)而使填料粒子無(wú)法形成通暢的導(dǎo)熱通路，致使其導(dǎo)熱系數(shù)下降。

表1 不同比例BN?GO基導(dǎo)熱絕緣油墨的印刷適性

Tab.1 Printability of different proportions of BN-GO based thermal conductive and insulating ink

圖7 導(dǎo)熱絕緣油墨的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試

2.5 導(dǎo)熱絕緣油墨的絕緣性能測(cè)試

進(jìn)一步對(duì)2.4節(jié)中墨膜的體積電阻率進(jìn)行測(cè)試，探究其絕緣性能。圖8列出了不同添加比例填料對(duì)油墨絕緣性能的影響?？梢钥闯?，由于油墨中的高分子樹(shù)脂和稀釋單體的導(dǎo)電性較差，墨膜的體積電阻率均高于1011Ω·cm，具有絕緣性。隨著GO、BN和BN?GO的加入，墨膜的體積電阻率快速上升。可以看出，當(dāng)填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為1.0%時(shí)，含BN的墨膜體積率最高，為6.42×1011Ω·cm。這是因?yàn)榈鸺{米片自身的絕緣性較好，而GO和BN?GO中通常含有部分未被完全氧化的石墨烯，絕緣性會(huì)受到影響。當(dāng)填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.0%增至3.0%時(shí)，添加GO的墨膜體積電阻率從4.56×1011Ω·cm上升至7.65×1011Ω·cm，而添加了BN的墨膜的體積電阻率從6.42×1011Ω·cm上升至9.64×1011Ω·cm。值得注意的是，添加了BN?GO的墨膜的體積電阻率從5.65×1011Ω·cm上升至9.86×1011Ω·cm。這可能是因氮化硼粉末出現(xiàn)了輕度團(tuán)聚，影響了墨膜的絕緣性。隨后，當(dāng)填料的添加量繼續(xù)增加時(shí)，由于油墨體系的分散性逐漸變差，因此墨膜的體積電阻率的上升速度變緩。

圖8 導(dǎo)熱絕緣油墨的體積電阻率測(cè)試

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高能球磨的剪切作用，將尿素上的氨基（—NH2）接枝到氮化硼（BN）的表面，制備了氨基化氮化硼（BN?NH2）。在羧基活化劑的作用下，BN?NH2與氧化石墨烯（GO）發(fā)生了共價(jià)反應(yīng)，形成了酰胺鍵連接的氮化硼?氧化石墨烯納米復(fù)合填料（BN?GO），不僅提升了BN和GO復(fù)合的穩(wěn)定性，還兼具了石墨烯的高導(dǎo)熱和氮化硼的優(yōu)良絕緣性，極大地增強(qiáng)了填料的應(yīng)用能力。以制備的BN?GO復(fù)合填料為功能性基元，研制了導(dǎo)熱絕緣功能性油墨，測(cè)試了油墨的印刷適性和導(dǎo)熱絕緣性能，發(fā)現(xiàn)BN?GO的加入會(huì)顯著提升油墨的導(dǎo)熱系數(shù)和體積電阻率。當(dāng)填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí)，可獲得印刷適性良好，導(dǎo)熱系數(shù)和體積電阻率分別為1.45 W/(m?K)和9.86×1011Ω·cm的導(dǎo)熱絕緣油墨。所研制的導(dǎo)熱絕緣油墨可用于PCB電路板、覆銅板、5G電子、智能制造技術(shù)的熱管理領(lǐng)域，有望提升電子產(chǎn)品的工作壽命和使用安全性，從而實(shí)現(xiàn)油墨技術(shù)向高精端領(lǐng)域的拓展應(yīng)用。

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Development of Amidated Boron Nitride-Graphene Oxide Thermal Conductive and Insulating Ink

GUAN Yan-yan1,QU Zhen-cai2, CHEN Hai-sheng1,YE Yi-cheng3

(1. Zhongshan Torch Polytechnic, Guangdong Zhongshan 528436, China; 2. Jiangmen City (Heshan) Fine Chemical Industry Park, Guangdong Jiangmen 529700, China; 3. Zhongrong Printing Group Co., Ltd., Guangdong Zhongshan, 528436, China)

The work aims to develop ink with both thermal conduction and insulation characteristics to expand the application of ink in electronic devices.Aminated boron nitride (BN-NH2) was synthesized from boron nitride (BN) crystals and urea through ball-milling. With the participation of carboxyl group activator, amidated boron nitride-graphene oxide nanocomposite fillers were prepared through the covalent reaction between the carboxyl group on graphene oxide (GO) and the amino group on BN-NH2.The thermal conductive and insulating ink was developed with the supplement of polymer resins, monomers, pigments and various additives. The morphology, crystal face of BN-NH2nanosheets and valence bond structure of BN-GO were characterized by means of scanning electron microscope, X-ray diffractometer, laser raman spectrometer, Fourier transform infrared spectrometer and X-ray photoelectron spectrometer. Finally, the printability, thermal conductivity and insulating properties of the ink were tested. The results showed that aminated boron nitride (BN-NH2) and amidated boron nitride-graphene oxide nanocomposite fillers (BN-GO) were successfully synthesized. When the addition amount of BN-GO was 3.0wt.%, the thermal conductive and insulating ink had good printability. After printing and proofing, the thermal conductivity could be increased to 1.45 W/(m?K), and the volume resistivity could be as high as 9.86×1011Ω·cm, which was 4.8 times and 3.7 times higher than the blank ink samples, respectively. The thermal conductive and insulating ink developed can give the ink excellent thermal conductivity while maintaining good printability.

boron nitride; graphene oxide; thermal conductivity; insulation; ink

TS802.3

A

1001-3563(2023)09-0183-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.09.022

2022?11?04

中山市社會(huì)公益項(xiàng)目（2021B2040）；廣東省高校重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)（2022ZDZX1075）

官燕燕（1982—），女，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)榘b印刷材料與技術(shù)。

屈貞財(cái)（1986—），男，博士，工程師，主要研究方向?yàn)閷?dǎo)熱/阻燃復(fù)合材料、綠色印刷包裝功能材料。

責(zé)任編輯：彭颋