Зачем модифицировать порошок нитрида алюминия

---

Нитрид алюминия (AlN), как неорганический неметаллический материал нитрида алмаза, имеет широкие перспективы применения в микроэлектронике, полупроводниках, аэрокосмической промышленности и других областях благодаря своей отличной теплопроводности, хорошему коэффициенту теплового расширения, высокой изоляции и отличной устойчивости к эрозии расплавленного металла. Однако порошок нитрида алюминия обладает высокой гидрофильностью, что существенно ограничивает его стабильность и эффективность в практическом применении. Поэтому особенно необходимо модифицировать порошок нитрида алюминия.

Характеристики и применение порошка нитрида алюминия
Порошок нитрида алюминия обладает высокой теплопроводностью (теоретическое значение 320 Вт/(м - К), фактическое значение может достигать 100-280 Вт/(м - К)), хорошим коэффициентом теплового расширения, высокой теплоизоляцией и отличной стойкостью к эрозии расплавленного металла. Эти характеристики делают его идеальным сырьем для приготовления высокоэффективной керамики из нитрида алюминия, теплопроводного силикона, теплопроводной эпоксидной смолы, наносмазок и противоизносных средств. В электронной промышленности порошок нитрида алюминия широко используется в производстве подложек для интегральных схем, электронных устройств, оптических приборов, теплоотводов и т.д. Он имеет большое значение для улучшения теплоотдачи и прочностных характеристик материалов.

Проблема гидролиза порошка нитрида алюминия
Несмотря на то, что порошок нитрида алюминия обладает множеством превосходных свойств, его гидрофильная природа является проблемой, которую нельзя игнорировать. Порошок нитрида алюминия склонен образовывать гидроксид алюминия с гидроксильными группами в воде при комнатной температуре, выделяя газ аммиак и заставляя большое количество кислорода растворяться в решетке нитрида алюминия, тем самым снижая его теплопроводность. Процесс гидролиза не только влияет на свойства порошка нитрида алюминия, но и может привести к его порче во время хранения и транспортировки, что серьезно сказывается на эффективности его применения. Поэтому решение проблемы гидролиза порошка нитрида алюминия является ключом к повышению стабильности и эффективности его применения.

Метод модификации порошка нитрида алюминия
Для того чтобы подавить реакцию гидролиза порошка нитрида алюминия и повысить его устойчивость к гидролизу и стабильность, ученые разработали различные методы модификации. Эти методы в основном включают модификацию покрытия, химическую модификацию поверхности, термообработку и т.д.
Метод модификации покрытия:
Метод поверхностно-активных веществ: Исходя из свойств поверхностного заряда частиц нитрида алюминия, катионные или анионные поверхностно-активные вещества используются для покрытия порошкового тела нитрида алюминия, образуя слой покрытия определенной толщины. Этот слой покрытия может изменить межфазное натяжение между газом и жидкостью и твердым телом и жидкостью в дисперсионной системе порошка, тем самым улучшая устойчивость к гидролизу и дисперсность нитрида алюминиевая пудра.
Модификация неорганических покрытий: Неорганические соединения или металлы осаждаются на поверхность порошка нитрида алюминия определенными способами, образуя пленки покрытия или композитные частицы с ядром-оболочкой. Этот метод позволяет значительно улучшить поверхностные свойства порошка нитрида алюминия, повысить его устойчивость к гидролизу и стабильность.
Супердиспергатор: Супердисперсанты имеют амфифильную структуру, аналогичную традиционным ПАВ, но их якорные группы и сольватационные цепи могут более прочно адсорбироваться на поверхности частиц, образуя более устойчивый слой покрытия. Этот метод не только повышает устойчивость порошка нитрида алюминия к гидролизу, но и улучшает его дисперсность в жидкостях.
Метод химического модифицирования поверхности:
Модификация соединительного агента: Соединительный агент - это соединение, которое имеет как полярные функциональные группы, способные вступать в реакцию с поверхностью неорганических частиц, так и органические функциональные группы, реакционноспособные или совместимые с органическими соединениями. Модификация агентами сопряжения позволяет сформировать плотную защитную пленку на поверхности порошка нитрида алюминия, улучшая его устойчивость к гидролизу и совместимость с органическими соединениями.
Модификация поверхности окислением: Химические методы позволяют вызвать реакции окисления на поверхности порошка нитрида алюминия, в результате чего образуется плотная защитная пленка оксида алюминия. Эта защитная пленка может эффективно предотвращать коррозию порошка нитрида алюминия молекулами воды и повышать его устойчивость к гидролизу.
Модификация поверхностно-активных веществ: Благодаря использованию гидрофильных и гидрофобных групп поверхностно-активных веществ для модификации порошка нитрида алюминия на его поверхности образуется защитный слой, обладающий эффектом стерических препятствий. Этот защитный слой может предотвратить контакт молекул воды с порошком нитрида алюминия, тем самым повышая его устойчивость к гидролизу.
Метод термической обработки:
При нагревании порошка нитрида алюминия на его поверхности происходит реакция окисления, в результате чего образуется плотная защитная пленка оксида алюминия. Хотя этот метод может повысить устойчивость порошка нитрида алюминия к гидролизу, он может значительно снизить содержание азота в нем, поэтому при практическом применении необходим тщательный отбор.

Важность модификации порошка нитрида алюминия
Модификация порошка нитрида алюминия позволяет не только повысить его устойчивость к гидролизу и стабильность, но и улучшить его дисперсность в жидкостях, совместимость с органическими соединениями и другие поверхностные свойства. Эти улучшения имеют большое значение для расширения сферы применения порошка нитрида алюминия и повышения его потребительских свойств. Например, при приготовлении высокоэффективной керамики из нитрида алюминия модифицированный порошок нитрида алюминия может быть более равномерно диспергирован в керамической матрице, улучшая плотность и теплопроводность керамики; при приготовлении теплопроводного силикона и теплопроводной эпоксидной смолы модифицированный порошок нитрида алюминия может быть лучше совместим с материалом матрицы, улучшая показатели теплоотдачи и срок службы материала.

Порошок нитрида алюминиякак неорганический неметаллический материал с превосходными свойствами, показал широкие перспективы применения во многих областях. Однако его гидрофильная природа ограничивает его стабильность и эффективность в практическом применении. Поэтому особенно необходимо модифицировать порошок нитрида алюминия. Используя различные методы модификации, такие как модификация покрытия, химическая модификация поверхности и термообработка, можно эффективно повысить устойчивость порошка нитрида алюминия к гидролизу и стабильность, а также улучшить его дисперсность в жидкостях, совместимость с органическими соединениями и другие свойства поверхности. Эти улучшения имеют большое значение для расширения сферы применения порошка нитрида алюминия и повышения его потребительских свойств.