電絕緣材料
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
電絕緣材料的視頻教程
考慮熱-電-力-化耦合的復(fù)合材料雷擊損傷分析
本課程講解了如何通過(guò)abaqus軟件對(duì)復(fù)合材料雷擊損傷進(jìn)行分析。通過(guò)考慮雷擊過(guò)程的電-熱-力-化學(xué)多場(chǎng)耦合，計(jì)算了復(fù)合材料雷擊過(guò)程中的電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、損傷場(chǎng)及熱解度場(chǎng)。同時(shí)也對(duì)復(fù)合材料雷擊后的剩余強(qiáng)度進(jìn)行了分析，講解了不同場(chǎng)在計(jì)算中的傳遞方法，獲得了雷擊對(duì)復(fù)合材料的影響效果。
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電絕緣材料的實(shí)例教程
熱致柔性復(fù)合相變材料（CPCM）近年來(lái)在電池?zé)峁芾恚˙TM）領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但其窄溫域和低電阻率不利于保障電池?zé)岚踩?02
成果掠影
近期，河北工業(yè)大學(xué)孔祥飛教授團(tuán)隊(duì)以石蠟（PA）作為相變材料，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）作為柔性支撐材料，氮化鋁（ALN）作為主要電絕緣材料，膨脹石墨（EG）作為主要導(dǎo)熱增強(qiáng)材料，成功制備出具有增強(qiáng)的電絕緣性能和寬溫域（25℃至60℃）的新型熱致柔性復(fù)合相變材料。ALN的添加不僅提高了CPCM的體積電阻率，還有助于材料的循環(huán)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)表明，最高溫度和最大溫差可分別控制在47℃和5℃以內(nèi)，比自然冷卻電池低15.94℃和4.93℃。導(dǎo)熱系數(shù)和熱焓分別對(duì)保證溫度均勻性和最高溫度起決定性作用，這為CPCM的制備目標(biāo)提供了指導(dǎo)。相關(guān)研究成果以“Wide-temperature flexible phase change materials with enhanced electrical insulation for battery thermal management”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1 復(fù)合材料的制備工藝。
圖2 (a)測(cè)試平臺(tái)原理圖；(b)熱電偶設(shè)置位置；(c)高精度電池測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)置。
圖3 在SBS：PA = 3：7下加入不同質(zhì)量EG的泄漏試驗(yàn)結(jié)果。
圖4 CPCMs隨時(shí)間推移的泄漏率。
展開(kāi) 根據(jù)Wiedemann-Franz定律，電和熱傳輸參數(shù)，即σ和κ，在某種程度上是相互關(guān)聯(lián)的，因此，通過(guò)高介電常數(shù)和介電強(qiáng)度以及高導(dǎo)熱性來(lái)測(cè)量電絕緣性能是很困難的。聚合物絕緣體由一簇分散的分子間力組成，對(duì)熱傳遞(聲子)有很強(qiáng)的阻力，而電子的貢獻(xiàn)微乎其微，這就阻礙了導(dǎo)熱電絕緣體的形成。先進(jìn)的絕緣材料也應(yīng)減輕大電壓應(yīng)力(dV/dt)。傳統(tǒng)的方法是使用較厚的絕緣材料，以適應(yīng)系統(tǒng)效率所需的較高電壓，但由于熱和重量問(wèn)題，這種方法不太可能滿足技術(shù)指標(biāo)。因此，高介電常數(shù)、低介電損耗和持續(xù)高擊穿強(qiáng)度的導(dǎo)熱聚合物絕緣子，對(duì)于承受高電壓的高功率密度電子器件是必不可少的。
其中一種非金屬熱導(dǎo)體是單晶金剛石，其導(dǎo)熱系數(shù)為2190 W m?1 K?1，這歸因于其通過(guò)晶格振動(dòng)的異常有效的熱傳輸。這表明一種聚合物材料幾乎“沒(méi)有”晶體缺陷，其主鏈在宏觀上排列，以實(shí)現(xiàn)超高的熱導(dǎo)率。這個(gè)概念最早是在1977年由Gibson等人在線性非極性聚乙烯上提出的，它具有重復(fù)的-CH2單元且?guī)缀鯖](méi)有分支。通過(guò)拉伸超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維證實(shí)了這一結(jié)果，該纖維的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)104 W m?1K?1，高于鉑、鐵和鎳等金屬。然而，新型UHMWPE電絕緣體的形成與聚合物結(jié)晶度、晶體取向、鏈長(zhǎng)及其分子堆積等因素有關(guān)。要成為一種能導(dǎo)熱的電絕緣體材料，聚乙烯的難題在于這樣一個(gè)對(duì)稱的分子真實(shí)地與低介電常數(shù)共價(jià)。
展開(kāi) 來(lái)源 | Composites Science and Technology
01
背景介紹
熱管理在現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，導(dǎo)熱材料已成為眾多電子產(chǎn)品和大型設(shè)備(包括能源設(shè)備、航天飛行器等)不可或缺的一部分。大多數(shù)金屬和陶瓷一般都是理想的導(dǎo)熱體，這可以分別歸因于電子熱傳導(dǎo)和相對(duì)完美的晶格振動(dòng)。聚合物良好的可加工性和電絕緣性能使其在熱管理中不可或缺，但其隨機(jī)盤繞的共價(jià)分子鏈會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲子散射，由此產(chǎn)生的低導(dǎo)熱系數(shù)極大地限制了其在散熱中的應(yīng)用。
通過(guò)提高分子鏈的結(jié)晶度和有序度，聚乙烯纖維、聚乙烯薄膜、聚乙烯氧化物纖維和聚苯并二惡唑纖維獲得了優(yōu)異的導(dǎo)熱系數(shù)。這為輕質(zhì)、可加工和絕緣導(dǎo)熱材料開(kāi)辟了兩個(gè)新思路。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)以其優(yōu)異的力學(xué)性能、低密度、良好的耐化學(xué)性、高耐磨性等特點(diǎn)而備受關(guān)注。最近的研究已經(jīng)擴(kuò)大了在熱管理中使用聚乙烯的可能性。
超高分子量聚乙烯纖維具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)良的絕緣性能，非常適合在電絕緣領(lǐng)域發(fā)展為導(dǎo)熱材料。目前，絕緣導(dǎo)熱材料主要是填充導(dǎo)熱填料，然而在高填充量下面臨導(dǎo)熱系數(shù)惡化、密度高、可加工性差等棘手問(wèn)題。利用超高分子量聚乙烯纖維開(kāi)發(fā)全聚合物復(fù)合材料有望解決上述問(wèn)題。但目前很少有研究對(duì)超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行研究，導(dǎo)熱系數(shù)大于10 W/mK的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料更是罕見(jiàn)。
02
成果掠影
近期，北京大學(xué)白樹(shù)林教授在開(kāi)發(fā)具有高導(dǎo)熱和電絕緣性能的聚合物復(fù)合材料取得新成果。
針對(duì)開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異機(jī)械性能、電絕緣、高導(dǎo)熱的全聚合物復(fù)合材料，通過(guò)熱壓法制備了種具有（0°/90°、±45°）兩種取向結(jié)構(gòu)的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
展開(kāi) 結(jié)合氮化硼的高絕緣性和鈦酸鋇的高介電常數(shù)，降低PVDF復(fù)合材料的空間電荷密度和電流密度，增強(qiáng)鈦酸鋇的極化，獲得擊穿強(qiáng)度（PVDF基體的1.76倍）和電位移（580 kV/mm時(shí)電位移為9.3 μC/cm2）的顯著提高，得到高儲(chǔ)能密度（17.6 J/cm3, PVDF基體的2.8倍）電介質(zhì)儲(chǔ)能材料。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部、廣東省產(chǎn)學(xué)研、先進(jìn)院優(yōu)青等項(xiàng)目資助。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201803204
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
展開(kāi) 【引言】
由于其多功能性和易加工性，現(xiàn)代電氣系統(tǒng)和電子設(shè)備的熱管理應(yīng)用迫切需要導(dǎo)熱但電絕緣的聚合物復(fù)合材料。然而，增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性通常以輕質(zhì)損失、柔韌性和電絕緣性的劣化為代價(jià)。本文報(bào)告了含有定向氮化硼納米片（BNNS）的先進(jìn)聚合物納米復(fù)合材料，其表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性，優(yōu)異的電絕緣性和出色的柔韌性。這些納米復(fù)合薄膜可以通過(guò)靜電紡絲聚合物/BNNS納米復(fù)合纖維，垂直折疊電紡納米復(fù)合纖維，經(jīng)壓制而構(gòu)建。納米復(fù)合薄膜在33wt％BNNS負(fù)載量時(shí)具有超高的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)。此外，與原始聚合物相比，納米復(fù)合膜具有優(yōu)異的電絕緣性能，例如低的介電損耗，較高的電阻率和擊穿強(qiáng)度。在電源器件中證明了納米復(fù)合薄膜的強(qiáng)大熱管理能力，這表明了管理高功率密度電子設(shè)備的熱平面內(nèi)高導(dǎo)熱性的重要性。
【成果簡(jiǎn)介】
導(dǎo)熱且電絕緣的聚合物材料已廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管（LED）、集成電子器件、能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，軍事武器和航空航天工業(yè)中，以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臒峁芾怼ｋS著電氣系統(tǒng)和電子設(shè)備的快速性能演進(jìn)，傳統(tǒng)的聚合物復(fù)合材料不能滿足熱管理的高要求。因?yàn)榫酆衔?em>材料雖具有優(yōu)異的電絕緣性能，靈活性和設(shè)計(jì)自由度，但低固有導(dǎo)熱率限制了它們?cè)跓峁芾碇械倪m用性。因此，結(jié)合聚合物的優(yōu)點(diǎn)和填料的高導(dǎo)熱性的復(fù)合材料被認(rèn)為是理想的解決方案。其中，六方氮化硼納米片（BNNS）由于具有超高導(dǎo)熱性，寬帶隙（約5.9 eV）和高縱橫比2D形態(tài)，是有前途的導(dǎo)熱填料。
展開(kāi) 
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電絕緣材料的最新內(nèi)容
它們類似于平行板電容器，其中金屬板（電極）由絕緣材料（介電）隔開(kāi)。這類電容器具有較高的單位面積電容，因此得到了廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高電容值，MIM電容器通常由三塊板構(gòu)成，其中兩層是標(biāo)準(zhǔn)制造工藝的金屬層（通常是最上層），中間是一個(gè)特殊金屬層。這種獨(dú)特的布局使MIM電容器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電容密度，同時(shí)保持絕緣介電材料的穩(wěn)定性能和低漏電優(yōu)勢(shì)。
電容器 | 一文詳解MOM、MIM和MOS及其區(qū)別1個(gè)月前
它們類似于平行板電容器，其中金屬板（電極）由絕緣材料（介電）隔開(kāi)。這類電容器具有較高的單位面積電容，因此得到了廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高電容值，MIM電容器通常由三塊板構(gòu)成，其中兩層是標(biāo)準(zhǔn)制造工藝的金屬層（通常是最上層），中間是一個(gè)特殊金屬層。這種獨(dú)特的布局使MIM電容器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電容密度，同時(shí)保持絕緣介電材料的穩(wěn)定性能和低漏電優(yōu)勢(shì)。
本案例從CT掃描微觀粒子斷層數(shù)據(jù)中，重建起來(lái)三維模型，計(jì)算氧氣電化學(xué)反應(yīng)，橫向?qū)Ρ炔煌螒B(tài)微觀粒子的反應(yīng)強(qiáng)度分布。
通過(guò)對(duì)微觀粒子重建、分析，可以有效評(píng)估該粒子的多種性能表現(xiàn)，輔助研究人員快速發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化所需的粒子體系。
歡迎交流。
來(lái)源 | Nano-Micro Letters
00
背景介紹
導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合紙由于具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性和優(yōu)異的可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在鋰電池、電容器、集成電路等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。隨著小型化和集成化的快速發(fā)展，以及功率密度的不斷提高，電子器件和電氣設(shè)備內(nèi)部的熱量積聚問(wèn)題日益嚴(yán)重，這就對(duì)導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合紙的導(dǎo)熱性和耐熱性提出了更高的要求。此外，為了避免微電子元件之間形成短路電流和信號(hào)相互干擾
氮化鋁(AlN)是少數(shù)具有優(yōu)異導(dǎo)熱性的電絕緣材料之一，但高質(zhì)量的薄膜通常需要極高的沉積溫度(>1000°C)。對(duì)于密集或高功率集成電路中的熱管理應(yīng)用，重要的是在低溫(<500°C)下沉積散熱片才不會(huì)影響底層電子器件。本文展示了通過(guò)低溫(<100°C)濺射獲得的100 nm至1.7 μm厚的AlN薄膜，并通過(guò)x射線衍射，透射x射線顯微鏡以及拉曼和俄蓋光譜分析了其熱性能與晶粒尺寸和界面質(zhì)量之間的關(guān)系。
選擇一種兼具高熱導(dǎo)率與良好電絕緣性的基板材料成為解決當(dāng)下電子器件散熱問(wèn)題的關(guān)鍵。
由于傳統(tǒng)覆銅板由于低的熱導(dǎo)率以及具有導(dǎo)電性限制了在當(dāng)今高功率器件中的應(yīng)用。因此開(kāi)發(fā)出具有高熱導(dǎo)率和良好的電氣互連的基板材料成為了當(dāng)下的研究重點(diǎn)方向。目前市面上的PCB從材料大類上來(lái)分主要可以分為三種：普通基板、金屬基板、陶瓷基板。傳統(tǒng)的普通基板和金屬基板不能滿足當(dāng)下工作環(huán)境下的應(yīng)用。
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成果掠影
近期，河北工業(yè)大學(xué)孔祥飛教授團(tuán)隊(duì)以石蠟（PA）作為相變材料，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）作為柔性支撐材料，氮化鋁（ALN）作為主要電絕緣材料，膨脹石墨（EG）作為主要導(dǎo)熱增強(qiáng)材料，成功制備出具有增強(qiáng)的電絕緣性能和寬溫域（25℃至60℃）的新型熱致柔性復(fù)合相變材料。
Owais等人利用三元雜化填料體系制備環(huán)氧納米復(fù)合材料，得到了一種具有高??值和高電絕緣特性的復(fù)合材料(圖14g)。Zhang等人構(gòu)建了碳納米管(CNT) @碳化聚乙烯醇(??PVA)和聚酰亞胺(PI)/氮化硼納米片(BNNS)的互穿纖維膜。
更重要的是，hBN是一種電絕緣材料，這使得它成為石墨烯及其衍生物在不允許導(dǎo)電的情況下的重要戰(zhàn)略和非常好的補(bǔ)充。
在本文中，我們將回顧使用石墨烯基材料以及其他二維材料(如hBN)進(jìn)行熱管理的最新進(jìn)展。首先簡(jiǎn)要介紹傳熱的基本機(jī)理。之后，將詳細(xì)回顧和總結(jié)用于熱管理應(yīng)用的各種石墨烯基材料，包括其衍生物和相關(guān)的二維材料。
來(lái)源 | Composites Science and Technology
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背景介紹
熱管理在現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，導(dǎo)熱材料已成為眾多電子產(chǎn)品和大型設(shè)備(包括能源設(shè)備、航天飛行器等)不可或缺的一部分。大多數(shù)金屬和陶瓷一般都是理想的導(dǎo)熱體，這可以分別歸因于電子熱傳導(dǎo)和相對(duì)完美的晶格振動(dòng)。聚合物良好的可加工性和電絕緣性能使其在熱管理中不可或缺
