Di bidang{0}}teknologi tinggi seperti perangkat elektronik, kendaraan energi baru, dan pencahayaan LED, material pembuangan panas yang efisien sangatlah penting. Polimer tradisional umumnya menunjukkan konduktivitas termal yang buruk, sehingga gagal memenuhi persyaratan pembuangan panas perangkat berdaya-tinggi. Untuk mengatasi hal ini, para peneliti memasukkan pengisi dengan konduktivitas-termal-tinggi ke dalam polimer. Boron nitrida (BN) telah menarik banyak perhatian karena konduktivitas termalnya yang sangat baik, insulasi listrik, dan stabilitas kimianya. Namun, penggunaan pengisi BN saja seringkali menyulitkan pembentukan jalur konduksi termal yang kontinu dan efisien. Oleh karena itu, melalui desain dan regulasi yang disengaja, dimulai dari dua aspek – "sinergi-pengisi multidimensi" dan "konstruksi jaringan-tiga dimensi" – jaringan konduksi termal yang efektif dapat dibangun pada pemuatan pengisi yang relatif rendah, sehingga menghasilkan komposit dengan konduktivitas-termal-yang tinggi.
I. Boron nitrida dan senyawa pengisi multi-dimensi
Untuk pengisi BN tunggal, struktur dan ukuran yang sama cenderung menciptakan rongga pada polimer, dan konduktivitas termal udara yang buruk membatasi peningkatan kinerja termal material. Menggunakan pengisi hibrida menawarkan keuntungan utama sebagai berikut:
① Efek sinergis antara pengisi dengan bentuk berbeda mencapai konduktivitas termal yang lebih tinggi pada pengisian yang lebih rendah sambil mempertahankan sifat mekanik dan pemrosesan polimer yang baik;
② Pengisi juga dapat memberikan fungsi lain pada material, seperti ketahanan api dan hidrofobisitas.
01 BN dengan pengisi-dimensi nol: kombinasi "titik–bidang".
Pengisi-dimensi nol bersifat granular. Pengisi konduktif termal dua-dimensi dan -dimensi nol digabungkan dalam cara "titik-bidang", mengisi celah di antara lamela, meningkatkan kepadatan pengepakan, dan memfasilitasi pembentukan jaringan konduksi termal. Pengisi konduktif termal-dimensi nol yang umum dihibridisasi dengan h-BN mencakup partikel silikon karbida (SiC), nanopartikel perak (AgNPs), partikel alumina (Al₂O₃), dan partikel silika (SiO₂).
02 BN dengan pengisi-satu dimensi: kombinasi "garis–bidang".
Pengisi satu-dimensi memiliki struktur berbentuk tabung atau linier. BN dan pengisi konduktif termal -satu dimensi bergabung dalam cara "garis-bidang", bertindak sebagai "jembatan" yang menghubungkan matriks polimer dan h-BN, menjadikan jaringan konduksi termal internal lebih padat, mengurangi ketahanan termal antarmuka, dan meningkatkan efisiensi perpindahan panas. Pengisi konduktif termal satu-dimensi umum yang dihibridisasi dengan h-BN mencakup tabung nano karbon (CNT), kawat nano silikon karbida (SiCNW), kawat nano perak (AgNW), serat nano aramid (ANF), dan serat karbon (CF).
03 BN dengan pengisi-dua dimensi: kombinasi "bidang–bidang".
Material dua-dimensi memiliki struktur-seperti serpihan. Penelitian tentang BN yang dipadukan dengan pengisi dua-dimensi terutama berfokus pada graphene oxide (GO). Keduanya menunjukkan ikatan antar muka yang erat, pencocokan spektrum fonon yang baik, dan ketahanan termal antar muka yang rendah, sehingga secara sinergis meningkatkan konduktivitas termal dalam bidang. Pengemasan pengisi yang padat meningkatkan perpindahan panas dalam-bidang dan melalui-bidang, secara bertahap menghilangkan anisotropi konduksi termal.
04 Pengisi-multikomponen yang bersifat konduktif termal
Hibridisasi h-BN dengan berbagai jenis pengisi konduktif termal telah menjadi pusat penelitian. Meningkatnya variasi pengisi konduktif termal menciptakan jalur konduksi termal yang lebih kompleks, mendorong perpindahan panas yang cepat, dan dapat memberikan banyak fungsi pada material, seperti penghambat api dan hidrofobisitas. Namun, seiring dengan meningkatnya jenis pengisi konduktif termal, ketidakpastian dalam arsitektur pengisi juga meningkat.
II. Pembangunan jaringan konduksi termal-tiga dimensi
Meskipun pengisi komposit dengan ukuran partikel dan morfologi berbeda dapat secara efektif mendorong pembentukan jalur konduksi termal di dalam material, penggunaan pengisi menyebabkan peningkatan ketahanan termal antarmuka. Membangun jaringan konduksi termal 3D tidak hanya mengurangi area kontak antara pengisi dan matriks dan menurunkan ketahanan termal antarmuka tetapi juga membangun jaringan konduksi termal yang berkelanjutan dan stabil, yang secara efisien meningkatkan konduktivitas termal komposit pada beban pengisi yang rendah. Saat ini, ada empat metode utama untuk membangun jaringan konduksi termal 3D:
01 Metode templat: dapat dikontrol secara struktural, mudah dioperasikan
Metode templat banyak digunakan untuk membuat-struktur tiga dimensi dalam komposit. Keunggulannya meliputi kontrol yang presisi terhadap struktur jaringan, penerapan pada berbagai pengisi dan matriks, dan pengoperasian yang sederhana. Namun, hal ini tidak dapat meningkatkan kandungan pengisi secara signifikan.
Metode templat es: Memanfaatkan pembekuan terarah larutan berair, tempat kristal es tumbuh dalam orientasi tertentu, untuk membangun jaringan konduksi termal 3D. Ini banyak diterapkan karena kesederhanaan dan kemudahan pengoperasiannya.
Metode templat busa: Menggunakan busa sebagai templat sederhana, dengan pengisi-termal-konduktivitas tinggi sebagai komponen utamanya. Teknik impregnasi menyusupkan polimer cair ke dalam struktur jaringan tiga dimensi-tekanan negatif yang telah dibentuk sebelumnya. Kompresi mekanis memadatkan dan menyelaraskan jaringan konduksi termal, menghasilkan komposit konduktif termal berkinerja tinggi untuk aplikasi multifungsi.
Metode templat pengorbanan: Menghapus templat awal untuk membuat jaringan konduksi termal{0}}tiga dimensi yang saling berhubungan. Sejumlah penelitian telah menggunakan gula yang larut dalam garam dan air-sebagai templat korban untuk menyiapkan struktur jaringan 3D dalam komposit konduktif termal.
02 Metode-perakitan mandiri
Suatu teknik di mana unit struktural dasar (molekul, bahan nano, zat berskala mikron- atau-lebih besar) secara spontan membentuk struktur teratur melalui interaksi non-kovalen. Dibandingkan dengan metode templat, metode ini lebih sederhana, berbiaya lebih rendah, dan memungkinkan batas atas konten pengisi yang lebih tinggi. Namun, bahan ini dapat mengandung bahan pengikat atau pengisi yang sangat konduktif, sehingga mempengaruhi kinerja isolasi.
03 Metode-penekanan panas
Menggunakan pemanasan dan pengepresan untuk membangun struktur jaringan 3D yang berorientasi, yang secara efektif dapat meningkatkan konduktivitas termal dan kekuatan mekanik. Hal ini umumnya dicapai melalui gangguan mekanis. Parameter proses pengepresan panas-sangat dapat disesuaikan, memungkinkan kontrol orientasi, dan dapat diterapkan pada berbagai sistem material sekaligus memperkuat stabilitas struktur internal.
04 3Metode pencetakan D
Teknologi penulisan langsung-tanpa cetakan yang ditandai dengan kebebasan desain yang tinggi, biaya rendah, dan pemrosesan yang cepat. Selama proses tersebut, ekstrusi lelehan dan aliran geser menginduksi orientasi BNNS yang tinggi dalam matriks polimer, menghasilkan kekuatan mekanik dan peningkatan konduktivitas termal yang lebih baik. Teknologi ini banyak digunakan baik dalam penelitian maupun industri manufaktur.
05 Metode konstruksi lainnya
Teknik konstruksi jaringan 3D yang inovatif (misalnya, electrospinning, metode mekanokimia) dapat meningkatkan konduktivitas termal secara signifikan sekaligus meningkatkan sifat lain seperti kinerja mekanik dan listrik. Namun, keefektifan metode ini bervariasi, dan metode ini menghadapi keterbatasan seperti kurangnya keserbagunaan atau kondisi eksperimen yang menuntut.