Termal ara yüzey malzemesi olarak kullanılabilecek polimer/bor nitrür mikro ve nano kompozitlerinin üretim teknolojilerinin araştırılması
Investigation of production tecnologies of polymer/ boron nitride micro nano composites to be used as thermal interface materials
Yazar: ŞEBNEM KEMALOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Son yıllarda bir akım haline gelmiş olan elektronikte küçülme eğilimi sebebiyle elektronik sistemlerde aşırı ısınma problemi ortaya çıkmıştır. Bu problemin çözülmesi noktasında, soğutulan ve soğutucu üniteler arasındaki temas direncini düşüren ve elektronik sistemlerin kararlı bir şekilde çalışabilmesi için verimli soğutmayı sağlayan termal ara yüzey malzemeleri (TAM) kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı, ekstrüzyon ve sıcak presleme gibi konvansiyonel termoplastik işleme teknikleri ile hekzagonal bor nitrür (hBN) takviyeli termoplastik elastomer polimer kompozitlerden TAM' ın geliştirilmesidir. Çalışmada farklı tane boyutu ve yapısında 5 farklı hBN kullanılmıştır. Matris olarak stiren-etilen-bütilen-stiren blok kopolimeri (SEBS) ile etilen-ko-vinil asetat kopolimerinin (EVA) farklı oranlarda karışımları kullanılmıştır. Hazırlanan kompozit malzemelerin morfolojik, termal, mekanik ve elektriksel özelikleri hBN yükleme oranı, hBN türü ve SEBS/EVA oranının fonksiyonu olarak incelenmiştir. Bulgular, yüksek termal iletkenlikte hBN' nin tane boyutu ve tane yapısının kritik öneme sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca matris ile hBN arasındaki etkileşim de hem mekanik özellikler hem de termal iletkenlik açısından etkili olduğu bulunmuştur. Çalışmanın ikinci kısmında, hBN' nin polimer matris içerisinde dağılımını iyileştirmek ve ara yüzeydeki etkileşimi arttırmak amacıyla ilk kısımda en yüksek termal iletkenliğin elde edildiği hBN türü iki farklı silan bağlayıcı ile (3-Aminopropiltrimetoksi silan ve metiltrimetoksi silan) muamele edilmiştir. Bulgular, silan bağlayıcı modifikasyonunun kompozitlerin termal iletkenliğini geliştirdiğini göstermiştir. Çalışma sonucunda, elektronik cihaz piyasasında TAM olarak kullanıma sunulabilecek, konvansiyonel termoplastik işleme teknikleri ile üretilmiş 1,8 W/m.K termal iletkenliğe sahip kompozit ürün elde edilmiştir.

Abstract:
Due to the miniaturization trend in electronics, the excessive heating problem has grown up recently in electronic systems. In order to solve this problem, thermal interface materials (TIM), which reduces the contact resistance formed between the cooling unit and the unit to be cooled, are used. The aim of the current study is to develop TIM from hexagonal boron nitride (hBN) reinforced thermoplastic elastomer polymer composites by using conventional thermoplastic processing techniques such as extrusion and hot-pressing. In the study, 5 different type hBN was used with different particle size and structure. The blends of styrene-etylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS) and ethylene-co-vinyl acetate (EVA) copolymer were used as the matrix at different ratios. The morphological, thermal, mechanical and electrical properties of composites were investigated. Results indicated that the particle size and shape of hBN has a critical importance in thermal conductivity. Besides, it was found that the interaction between hBN and matrix is also effective in mechanical and thermal properties. The composite exhibited the highest thermal conductivity in the first part was treated with two different type silane coupling agents (3-Aminopropyltrimethoxy silane and Methyltrimethoxy silane) to improve the dispersion of hBN particles and increase the interfacial interactions. Results showed that silane coupling agent modification improved the thermal conductivity of composites. As a result of the study, a composite product with a thermal conductivity of 1,8 W/m.K, produced by using conventional thermoplastic processing techniques, which can be offered as TIM, is obtained.