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【材料日报】碳纳米环、碳纳米管散热片、新型耐水解PBT

 前沿材料 2020-09-17

日本京都大学成功实现了

“碳纳米环”的大量合成

2017年12月5日,日本京都大学化学研究所教授山子茂、梶弘典等组成的研究团队宣布成功实现了“碳纳米环”的大量合成。苯环呈正六角形,由碳原子、氢原子各6个相互结合而成,苯环连接成环状后便形成了“碳纳米环”。

苯环连接成环状形成以环对苯撑(以下简称“CPP”)为代表的“碳纳米环”,“碳纳米环”是碳纳米管和富勒烯的最小结构单元,其作为下一代有机电子材料引起了各界的兴趣。最近几年来,以京都大学该研究团队为首,全球都开始热衷于研究“碳纳米环”,“碳纳米环”的化学合成及物性确认都获得了巨大的成果,今后有望在材料科学领域取得进一步发展。然而,由于其大量合成一直比较困难,所以至今还没有其作为有机器件材料得到应用的报告。

此次京都大学的该研究团队通过运用其独有的合成手法,成功利用市场上销售的试剂,比较简单地合成了以克为单位的、由10个苯环组成的CPP及其衍生物(将CPP上的一部分氢原子置换成官能团)。而且,由于得到的化合物能够溶于有机溶剂,所以此前一直难以实现的“碳纳米环”的非晶薄膜及器件的制作也首次成为了可能。此前,用于接收有机薄膜太阳能电池的电子的化合物一直都使用的是富勒烯衍生物,而研究人员测定“碳纳米环”薄膜的性质后发现,其与富勒烯衍生物拥有同等水平的电子输运特性。而且,“碳纳米环”与富勒烯类物质相比,还拥有较为自由的分子设计特性。此次的研究成果,将有望给以有机纳米电子领域为首的材料开发带来巨大的影响效果。

日本富士通研究所成功开发出

拥有最高散热性的碳纳米管散热片

11月30日,日本富士通研究所(下称富士通研究所)成功开发了世界上目前具有最高散热性的高导热碳纳米管片材。该碳纳米管片材是由垂直取向的碳纳米管构成的,兼具高导热性和耐热性。

电动车辆和混合动力车的电力控制装置的功率模块一直使用Si的元件,但要想与汽油车辆一样远距离行驶需要进一步降低电耗。为了替代Si,富士通研究所对能在低电耗、耐高耐压、耐高温环境下使用的SiC进行研发。

此次,富士通研究所开发了两项技术。通过这两项技术,即使在包括界面电阻的情况下,常规散热材料相比显示出了极高的导热率,成功实现制备高导热率碳纳米管片材。研发技术如下:

1.多壁碳纳米管生长控制技术

为了使碳纳米管圆柱的轴向与散热方向一致,富士通研究所开发了垂直排列的碳纳米管高密度且均匀生长的技术。该技术先控制碳纳米管的合成温度和压力使其与催化剂金属微粒相匹配,后根据电路板调整原料气体的供给位置。

2.多层碳纳米管片材技术

该技术在2000℃以上的高温下对碳纳米管进行热处理,将碳纳米管制备成片材,并在此过程中可保持碳纳米管沿轴向排列的状态。利用该技术在不使用树脂和橡胶等固定材料的情况下,实现了制备具有高耐热性和高导热性的纯碳纳米管片材。

研究人员以该技术制备的碳纳米管散热片,与现有的散热材料进行了比较。实际测量(含界面电阻)发现,碳纳米管散热片的导热率是以铟为原料的散热材料的3倍左右。另外,铟的熔点约为160℃,而该散热片的耐热温度为700℃以上,这说明该散热片具有高耐热性。

今后,富士通研究所将进一步提高碳纳米管散热片的导热性,以2020年及以后的汽车散热片商业化为目标继续开发。

帝斯曼推出新型Arnite®耐水解PBT

为高性能聚合物提供全新高性价比替代方案

2017年11月30日,荷兰皇家帝斯曼(DSM)集团消息,DSM开发出新型耐水解PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯),为Arnite®热塑性聚酯系列再添新产品。新材料将为暴露在潮湿和高温条件下的应用(包括汽车连接器 、控制设备和传感器)提供高性价比解决方案。

该款新型耐水解产品可满足汽车市场对耐高温高湿材料日益增长的需求,适用于尚不需使用如DSM的Stanyl® PA46和ForTii® PA4T等高性能耐高温聚酰胺材料的应用。

DSM汽车电子全球市场经理Mark Terlaak 表示:“我们从客户那里获悉,随着连续使用时间和发动机环境峰值温度的持续上升,聚酰胺6 、聚酰胺66 和标准PBT等材料已不能满足特定应用的要求。各级供应商将耐水解PBT视为从这些材料转换到更昂贵的特种材料解决方案的过渡材料。”

Terlaak还指出,PBT的性能优于用于汽车电子应用的标准聚酰胺,因为其无需使用热稳定剂(某些热稳定剂可导致金属接触腐蚀问题),而且其较低的吸湿性也保证了较高的尺寸稳定性

新型Arnite耐水解PBT产品在诸多方面都优于其他PBT,但其最显著的优势是:在USCAR标准3、4、5类型温度/湿度环境和双85湿热循环试验 (85℃和85%相对湿度 )下,在长达3000小时内其力学性能具备良好的保持率。Terlaak指出,该产品在150℃时具有极佳的性能。他补充道:“我们的产品在流动性和结晶速度方面优于几乎所有同类产品,可以节约生产周期,并可在整个生命周期内保持良好的力学性能。”

在设定耐水解PBT系列产品的目标性能时,DSM不仅考虑了当今汽车行业的需求,还考虑了该产品未来将如何发展以顺应汽车行业所面临的变革。随着电动车和自动驾驶汽车的趋势日益增强,该新型产品将面临更高的强度测试和验证标准。

DSM正在推出两种30%玻纤增强的新型Arnite耐水解PBT产品,其中一种提升了有机硅粘性。该系列产品组合完善后,将涵盖包括各种不同牌号玻纤增强型产品,厚度为0.4毫米时UL 94防火等级高达V-0的阻燃产品,冲击改性产品,以及用以提高有机硅密封胶粘性的产品。

Terlaak总结说:“该新型Arnite PBT产品系列的推出,巩固了DSM作为全球少数能为汽车电子应用提供全方位产品服务组合的塑料供应商之一的地位。

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