應用於可撓式基板之高散熱性彈性體

 

刊登日期:2018/4/11
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手錶型裝置或電子紙、穿戴型機械設備等可撓式裝置在醫療、製造、能源等領域的應用備受矚目,這些裝置的基板通常都使用柔軟且具高散熱性之材料,然而為了達到多機能化、高速化之目的,具更高散熱性的可撓式基板則愈加有其必要性。

此外,一般在將高分子與填料進行複合化時,為提高散熱性而提高填料的濃度,卻也導致失去柔軟性等機械特性而變得脆化。另為解決無機填料凝集、無機填料與高分子的介面間產生的能量損失等狀況,目前多採用界面活性劑之化學修飾法,以抑制凝集並提高分散性。然而此方法會依填料的濃度比例增加化學修飾劑的濃度,造成修飾的不均一化或分散液的高黏性化,進而降低了無機填料的分散性。

日本產業技術總合研究所與東京大學利用多個環狀分子組成的聚輪烷(Polyrotaxane),以及透過水中電漿技術予以表面改質之氮化硼(Boron Nitride)填料(Filler),開發了一項高熱傳導率彈性體(Elastomer)複合材料。氮化硼透過電漿表面改質,不僅維持了楊氏模數(Young's modulus),也提高其抗拉強度(Tensile Strength)與斷裂伸度(Breaking Elongation),成功地將韌性最大提高至5倍之多。此外,填料50%以上的高濃度情況下,與未經表面改質的填料相比,改質過填料之熱傳導率高出了10%。新開發的彈性體複合材料將可望應用於具有散熱需求之可撓式電子裝置用基板等用途。

研究團隊將氮化硼粒子分散於氯化鈉(Sodium Chloride)水溶液中,利用脈衝電壓(Pulsed Voltage)產生水中電漿以進行氮化硼的表面改質。其後將表面改質過的氮化硼粒子濾過、分離、乾燥,並在甲苯溶媒中與聚輪烷、觸媒、架橋劑以攪拌機進行混練、架橋使其複合化,且即使是氮化硼濃度50%的彈性體複合物,當中的無機填料亦呈現均一分散,反覆將其變形,仍能維持其柔軟性或形狀。

此外,一般楊氏模數的高低依序以彈性體、高分子、金屬、陶瓷越來越高,並依楊氏模數比例程度,熱傳導率也越高。而新開發的彈性體複合材料則是具有低楊式模數、高熱傳導率之新特性的熱傳導材料,因此將可望應用於各種可撓式電子之相關用途。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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