LED封装用透明有机硅基复合材料的制备及其性能研究.ppt

LED封装用透明有机硅基复合材料的制备及其性能研究,报告内容,一、选题依据 二、研究目的及意义 三、研究内容及技术路线 四、结果与讨论 五、优点与展望,选题依据,传统白炽灯,发光二极管-LED,LED简介,封装技术对LED发光效率有重要影响，需高性能的封装材料加以匹配,有机硅材料,国内外封装材料发展现状,价格较昂贵，强度低且对紫外屏蔽作用弱,纳米技术,仿生学,拟解决的科学问题,研究目的及意义,研究目的： 建立一种绿色环保、成型工艺简单的双组分有机硅橡胶配方模型 引入含氟单体（DMFA-12）和纳米ZnO改善有机硅封装材料的防水防潮、耐紫外老化及热性能，同时保持较高的透光率 研究意义： 性能优良的封装材料受到国外大公司的垄断，自主开发具有一定意义 为今后有机硅基复合封装材料的研究提供一定的理论基础,研究内容及技术路线,技术路线：,主要研究内容： 双组分有机硅橡胶的配制及其性能 DFMA-12/有机硅复合材料的制备及其性能 透明ZnO/有机硅纳米复合材料的制备及性能,一、双组分有机硅橡胶的配制及其性能,反应机理分析 R值对硅橡胶力学性能的影响 铂催化剂加入量对硅橡胶性能的影响 MQ硅树脂对硅橡胶力学性能的影响 FT-IR表征 UV-vis表征 SEM和CA表征 TG-DTA分析,本章主要研究内容：,反应机理分析,1.1 硫化原理,特点： 氢硅加成反应无副产物生成、反应易控制及转化率高,图1-1 硅橡胶硫化原理,结果与讨论,1. 2 R值对硅橡胶力学性能的影响,表 1-1 R值对硅橡胶力学性能的影响,研究结果表明： R值增大可促进体系的交联，但过量易影响硅橡胶力学性能，选R=1.25时适宜,表注：R是指含氢硅油的含氢量(Si-H)与乙烯基硅油的乙烯基(-CH2-CH2)摩尔比,结果与讨论,1. 2 铂催化剂加入量对硅橡胶性能的影响,研究结果表明： 催化剂对硅橡胶硫化速率和力学性能影响显著 当w(Pt)=0.2 wt%时，拉伸强度达到最佳（1.71 MPa),图1-2 铂催化剂含量对硅橡胶力学性能的影响,结果与讨论,1.3 MQ硅树脂含量对硅橡胶力学性能的影响,研究结果表明： 乙烯基MQ硅树脂含量增加提高了拉伸强度和体系黏度，当w(MQ树脂)=18 wt%时，拉伸强度到2.07MPa 但考虑到施工黏度（3000mPa.s），选择w(MQ树脂)=15 wt%时适宜,图1-3 MQ树脂含量对硅橡胶力学性能的影响,结果与讨论,1.5 FT-IR和UV-vis表征,研究结果表明： 含氢硅油在1647 cm-1有较强Si-H吸收峰，而固化后在该处无明显Si-H和-CH2=CH2基团，且在1016-1350 cm-1有较强的Si-O-Si键吸收峰，表明体系已基本得到固化 硅橡胶在700 nm处的透光率达到95 %以上，且在300 nm以下具有一定紫外屏蔽能力,95%,Si-H,消失,FT-IR,UV-vis,结果与讨论,1.6 SEM、CA及TG-DTA表征,77,研究结果表明： 涂层表面具有较好的平整性，接触角达到77，且断面图无缩孔现象出现 初始热失重5 wt%温度为348 ，热稳定性能较传统环氧树脂高（耐高温150 ）,SEM和接触角表征,热分析,本章小结,采用氢化硅烷化法，制备了一种绿色环保的LED封装用双组分有机硅橡胶。 通过研究各组分对其力学性能的影响，当n（Si-H）/n（Si-Vi）=1.25、w(铂催化剂)= 0.2 wt%及w(MQ树脂)=15 wt%时，该硅橡胶的综合力学性能达到最佳 最佳工艺制备的硅橡胶在可见光区700 nm处的透光率达到95%以上，且初始热失重5 wt%的温度为348 ，大大提高其热稳定性。,二、 DFMA-12/有机硅复合材料的制备及其性能,合成机理分析 DMFA-12加入量对复合材料拉伸强度的影响 DMFA-12对复合材料耐腐蚀性能的影响 DMFA-12对复合涂层耐水性的影响 接触角CA表征UV-vis表征 FT-IR 和 TG表征 耐紫外老化性能分析 复合材料的UV-vis表征,本章主要研究内容：,反应机理分析,2.1 DMFA-12改性有机硅材料的机理,结果与讨论,2.2 DMFA-12加入量对复合材料拉伸强度的影响,研究结果表明： DMFA-12的加入量提高了复合材料的力学性能 当w(DMFA-12)=4 wt%时，拉伸强度达到2.24 MPa、邵氏硬度为38 A,结果与讨论,2.3 DMFA-12对复合材料耐腐蚀性能的影响,研究结果表明： 复合材料的阻抗能力较纯有机硅高，且随着DMFA-12含量增大而阻抗增强 电流腐蚀密度由6.3810-5 A.cm-2降低至3.1610-6 A.cm-2腐蚀电位由-0.89 V正移至-0.67 V, 耐腐蚀性能明显提高，结果与交流阻抗图分析一致,交流阻抗图,极化曲线图,结果与讨论,2.4 DMFA-12对复合涂层耐水性的影响,表2-1 DMFA-12对复合涂层耐水性的影响,研究结果表明： 结合表2-1 和CA表征图，氟硅复合材料表现出优异的耐水性 当DMFA-12含量为4 wt%时，复合涂层表面对水的接触角达到101,疏水性能较好,结果与讨论,2.5 接触角CA表征,结果与讨论,2.6 FT-IR 和 TG表征,研究结果表明： 2200-1620cm-1处Si-H和-CH2=CH2吸收峰消失，且1077 cm-1和688.29 cm-1产生C-F吸收峰，表明体系基本得到固化 初始分解温度较纯有机硅提高，但使用温度范围并没有较大改变,结果与讨论,2.7 耐紫外老化性能分析,研究结果表明： 含氟单体的引入提高了复合材料对紫外屏蔽能力，改善材料的耐紫外老化性能 耐紫外老化程度结果与SEM表征相一致,图注：a1-a2为硅橡胶，b1-b2为氟硅复合材料,结果与讨论,2.8 复合材料的UV-vis表征,研究结果表明： DMFA-12的含量过高与有机硅纯在相容性问题，会影响复合材料的透光率 当DMFA-12含量为4 wt%时，复合材料在可见光700 nm的透光率达到80%以上,图注：a. 硅橡胶；b. 2 wt%DMFA-12/硅橡胶；c. 4 wt%DMFA-12/硅橡胶,本章小结,当W（DMFA-12）=4 wt%时，复合材料的力学性能较佳，且表现出优异的耐腐蚀性能和疏水性（接触角最高可达到101） 氟硅复合材料在可见光区700 nm透光率达到85 %以上，同时初始分解温度较纯有机硅提高63 ，但最高使用温度范围略有所缩短。,三、 透明ZnO/有机硅纳米复合材料的制备及性能,本章主要研究内容：,合成机理分析 纳米ZnO的XRD谱图和粒径分布分析 不同纳米ZnO颗粒对复合材料力学性能的影响 纳米ZnO含量对复合材料力学性能的影响 不同纳米ZnO颗粒对复合材料光学性能的影响 纳米ZnO含量对复合材料光学性能的影响 纳米复合涂层耐紫外老化性能分析 纳米复合涂层的FI-TR和SEM表征 纳米复合涂层的TG-DTA分析,合成机理分析,3.1 纳米复合材料的合成机理,结果与讨论,3.2 纳米ZnO的XRD谱图和粒径分布分析,研究结果表明： 由XRD表征图可证实，制备的纳米氧化物颗粒为ZnO 随着煅烧温度的升高，纳米ZnO越纯，而团聚现象严重导致粒径逐渐增大；经A151改性的纳米ZnO具有更好的纳米尺度效应,结果与讨论,3.3 不同纳米ZnO颗粒对复合材料力学性能的影响,研究结果表明： 纳米ZnO粒径大小对复合材料的力学性能有显著影响，且改性纳米ZnO与有机硅具有更好的相容性，分布均匀，提高复合材料的力学性能,结果与讨论,3.4 纳米ZnO含量对复合材料力学性能的影响,表3-1 ZnO含量对复合材料力学性能的影响,研究结果表明： 随着ZnO纳米含量的升高，力学性能逐渐增大，复合材料趋于半透明状态。当ZnO含量为0.06 wt%时，拉伸强度达到2.59 MPa、邵氏硬度为41A，且保持近透明状态,结果与讨论,3.5 不同纳米ZnO颗粒对复合材料光学性能的影响,研究结果表明： 纳米ZnO粒径大小对复合材料的光学性能有显著影响，且改性纳米ZnO与有机硅具有匹配的折光指数，透光性均优于未改性的。,结果与讨论,3.6 纳米ZnO含量对复合材料光学性能的影响,研究结果表明： 纳米ZnO含量对复合材料的光学性能有显著影响 当纳米ZnO含量为0.06 wt%时，在可见光区640 nm透光率达到80%时，同时对300 nm以下的紫外屏蔽率达到90%以上,结果与讨论,3.7 纳米复合涂层耐紫外老化性能分析,研究结果表明： 复合材料的耐紫外老化性能明显优于纯有机硅，结果与UV吸光度一致,结果与讨论,3.8 纳米复合涂层的FI-TR和SEM表征,研究结果表明： 由红外表征图可看出，复合涂层得到完全固化，且在826cm-1处出现Si-O-Zn吸收峰，表明ZnO已成功接枝在有机硅聚合物分子链上,结果与讨论,3.9 纳米复合涂层的TG-DTA分析,研究结果表明： 与纯有机硅材料相比，纳米ZnO颗粒（0.06 wt%）的引入使得复合材料的初始分解温度提高25 %，热分解残留质量提高15 %（600），表现出优异的热性能,本章小结,采用m-ZnO改性含氢聚硅氧烷的接枝物作为固化剂，与端乙烯基聚硅氧烷按化学计量比n(Si-H):n(CH2=CH2)=1.2:1，在催化剂为铂金水、固化温度为150 的条件下制备了一种电子产品封装用透明纳米复合涂层。 从红外光谱和SEM表征可以看出，ZnO纳米颗粒是通过化学接枝在聚合物分子量上，而不是简单的物理吸附作用。 当m-Z1纳米颗粒含量为0.06 wt%时，复合涂层的透光率仍可达到80 %以上。同时耐紫外老化和力学性能较纯有机硅明显提高。 与纯有机硅材料相比，ZnO纳米颗粒（0.06 wt%）的引入使得复合涂层的初始分解温度提高了25 %，热分解残留质量提高15%（600 ），表现出优异的热性能。,优点与展望,由于条件和时间的限制，本论文研究了有机硅基含氟复合材料和纳米复合材料，虽在一些性能上较突出，但综合性能仍有待提高。目前，仍有一些工作尚未研究，特别是纳米颗粒（粒径在0-100 nm内）与有机硅基体的复合目前并没有研究。另外，可继续从有机硅本身着手，采用其他纳米粒子对其做进一步的对比研究，这将是以后研究的一个重点方向。,设计并优化配方，制备一种新型双组分有硅硅橡胶 采二次化学接枝改性聚合法制备透明有机硅基复合材料,展望,本课题的优点：,检测国标,双组分硅橡胶、DMFA-12/有机硅复合材料及ZnO/有机硅纳米复合材料的性能检测标准如下： GB/T 5311-2008：硅橡胶邵氏A硬度性