КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 19-73-00346

НазваниеПолимерматричные композиты на основе термопластов с функциональным наполнителем с повышенной теплопроводностью и повышенной прочностью для замены стеклотекстолита в печатных платах компактной электроники

РуководительМуратов Дмитрий Сергеевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС", г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2019 - 06.2021 

Конкурс№40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-302 - Структура и свойства полимеров, многокомпонентных полимерных систем

Ключевые словаполимерматричные композиционные материалы, композиты, поверхностное модифицирование, гексагональный нитрид бора, графен, оксид графена

Код ГРНТИ31.00.00

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на создание нового полимерматричного композиционного материала с повышенной теплопроводностью (выше 5 В/м К), стабильностью, высокой механической прочностью и подразумевающий легкую переработку и утилизацию. Данный материал может быть использован для замены стеклотекстолита в печатных платах мелкой электроники, что позволит повысить стабильность их работы за счет более быстрого отвода тепла. Обеспечение легкости переработки будет достигнуто за счет использования термопластов в качестве основны, а использование функционализированных нанослоев нитрида бора позволит достичь высокой теплопроводности, при этом не влияя на изолирующие свойства данного материала. Обеспечение механической прочности материала предполагается за счет использования оксида графена в качестве дополнительного армирующего наполнителя. Разработанный материал также можно будет использовать в технологии 3Д печати методом FDM.

Ожидаемые результаты
Будут определен оптимальный режим эксфолиации и необходимые параметры исходного исходного порошка нитрида бора (размер фракции, морфология) необходимые для введения в объем полимерной матрицы. Будет исследовано влияние нескольких типов поверхностной обработки наполнителя улучшающих адгезию и реологию расплава полимера в процессе экструзии и вальцевания. Будут определены необходимые рабочие параметры компаундирования (температура, скорость экструзии, вязкость расплава), позволяющие получать образцы на основе нескольких видой термопластичных матрицы (полиэтилен и полиэтилен различных типов, а также полиамиды). Будут получены образцы композиционных материалов нитрид бора/термопласт пригодные для испытаний на теплопроводность, прочность на разрыв и динамический модуль упругости. Образцы полученных композиционных материалов будут исследованы с использованием широкого спектра аналитических методов, в том числе сканирующей электронной микроскопии, ИК и Раман-спектроскопии, термогравиметрического анализа и дифференциальной сканирующей каллориметрии. В результате проведения испытаний по прочности и теплопроводности полученных образцов будут разработаны оптимизированные методики компаундирования для производства гранулированных композитов либо стренг для трехмерной печати методом FDM. Будут также получены образцы композиционных материалой где функциональной и армирующей добавкой будет служить оксид графена (GO) и восстановленный оксид графена (rGO), что позволит существенно улучшить прочность разрабатываемых композитов, а в случае с восстановленным оксидом графена возможно существенное улучшение теплопроводности. При этом, планируется также получения композиционных материалов с комбинированными наполнителями, возможно с применением пластификаторов и связующих для более тонкого управления свойствами конечного продукта. По результатам работ ожидается публикация 4 статей в рецензируемых международных научных журналах, входящих в индексы цитирования Web of Science и Scopus. Планируются доклады на международных конференциях.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
По итогам отчетного периода был проведен анализ литературных данных, определены оптимальные условия эксфолиации нанослоев гексагонального нитрида бора с использованием высокоинтенсивной ультразвуковой кавитации в ряде растворителей (ацетон, моноэтаноламин, этанол, изопропанол). Показано, что наиболее оптимальным для получения дисперсий с наибольшей концентрацией являются изопропанол и этанол. В ходе работы над проектом был получен ряд образцов композитов на основе полипропилена с эксфолиированным нитридом бора, для которых было показано трехкратное увеличение теплопроводности по сравнению с чистым полимером. При этом ухудшения прочностных характеристик не наблюдалось. Впервые были получены образцы композитов полиэтилен низкого давления/гексагональный нитрид бора и полиэтилен низкого давления/оксид графена с ультразвуковой обработкой расплава непосредственно в процессе экструзии, изучение их механических свойств и теплопроводности запланировано на следующем этапе.

 

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Улучшение термических свойств композитов на основе полимеров с помощью наполнителей различных типов в большинстве случаев также снижает эластичность материала и прочность на изгиб, что является серьезной проблемой для ряда приложений. Для решения этой проблемы мы использовали два типа двумерных материалов, такие как восстановленный оксид графена (rGO) и гексагональный нитрид бора (hBN) для достижения лучших термических и механических свойств. Большая прочность и гибкость обоих этих 2D-материалов в сочетании с хорошей теплопроводностью hBN обеспечат синергетический эффект для получаемых композитов. Здесь мы показываем композиты с 30% hBN и 10% rGO по весу, которые значительно улучшили прочность на изгиб и модуль упругости, а также более чем в два раза увеличили теплопроводность по сравнению с исходной полимерной основной. Механические свойства композитов, наполненных только hBN, значительно ниже.

 

Публикации

1. Б.Б. Хайдаров, А.Г. Юдин, Д.С. Суворов, Д.В. Кузнецов, Д.В. Лысов, Д.С. Муратов, И.Н. Бурмистров ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ ФЕРРИТА СТРОНЦИЯ SrFe12O19 МЕТОДОМ СПРЕЙ-ПИРОЛИЗА Refractories and Industrial Ceramics, - (год публикации - 2021)

2. Викулова М.А., Цыганов А.Р., Байняшев А.М. , Артюхов Д.И., Гороховский А.В., Муратов Д.С., Горшков Н.В. Dielectric properties of PMMA/KCTO(H) composites for electronics components Journal of Applied Polymer Science, - (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1002/app.20203503

3. Муратов Д.С., Ванюшин В.О., Лучников Л.О., Колесников Е.А., Дегтярёв М.Ю., Степашкин А.А., Кузнецов Д.В. Improved thermal conductivity of polypropylene filled with exfoliated hexagonal boron nitride (hBN) particles Materials Research Express, 8, 035010 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1088/2053-1591/abed0f

4. Муратов Д.С., Кошлакова В.А., Ванюшин В.О., Максимкин А.В., Степашкин А.А., Кузнецов Д.В. Mechanical and thermal properties of polypropylene filled with reduced graphene oxide (rGO) and hexagonal boron nitride (hBN) particles Composites science and technology, - (год публикации - 2021)

5. Д.С. Муратов,В.О. Ванюшин, Д.В. Кузнецов, В.А. Кошлакова Способ получения полимерматричного композиционного материала с повышенной теплопроводностью -, 2021113735 (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
Практическое использование результатов исследования возможно в сфере производства изделий из полимерных композитов как путем литья под давлением, так и с применением аддититивных технологий. Полученные наработки можно применить для создания материалов для корпусов устройств компактной электроники, рассеивателей тепла и материалов печатных плат.