氧化石墨烯改性苯基硅橡胶的性能研究(2)
3.3.1 体积电阻 16
3.3.2 介电性能 17
3.4 力学性能 19
3.4.1 拉伸 19
3.4.2 硬度 22
4 总结 24
致谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 概述
大功率LED 具有发光效率高、光色纯、能耗小、寿命长、体积小、响应快、无污染、全固态、性能稳定等优点，被公认为是取代白炽灯和节能灯的第三代照明器件[1]。
LED一般由半导体芯片、金属导线、支架、封装材料等组成。封装材料能决定LED光的空间分布，降低LED芯片与空间中的的折射率差距以增加光输出，并对LED的可靠性、亮度、使用寿命及整体能效有重大影响。随着LED的发展[2]，其功率及亮度越发提高，其尺寸与设计越发小巧便携，而光密度增大，热效应增加，对封装材料提出更高的要求。因此，功率型LED封装材料应具有高透光性、高折射率、高导热性、耐老化耐紫外、良好的力学性能等特点。
我国虽然是LED生产大国，但主要进行LED的组装及低端封装胶料的生产，高品质封装胶料完全依赖进口，国外厂商在大功率LED封装材料上的研究成果已远超我国[3]。开发新型的高品质的LED封装胶料，具有巨大的经济和社会价值。
传统的LED 封装材料为环氧树脂，但是环氧树脂的耐热耐紫外性能不佳，不能满足大功率LED 的封装要求，只能作为小功率低端LED封装胶料的主要材料。而有机硅材料具有优异的热稳定性和紫外光稳定性，离子含量低，吸湿率低，同时在紫外可见区都具有高的透光率，模量和折射率可以通过改变结构来控制，这些优异的性能使其成为大功率LED 封装的首选材料。低模量的有机硅材料包括硅胶和硅橡胶弹性体，具有低的内应力，可以保护封装的部件和接线[4]。有机硅材料最大的优势在热稳定性、抗紫外性以及防火性和臭氧稳定性上，这些是环氧树脂和聚氨酯类材料所不具备的。而大功率LED 对耐热性能和紫外稳定性能的要求更苛刻，环氧树脂和聚氨酯均不能满足要求，所以，在大功率LED 的封装中，有机硅封装材料更具优势。
目前，有机硅封装材料大致可分为两种：一种是以甲基为侧链的普通折射率的甲基硅橡胶(折射率范围1.40~1.46)，多用于小功率或普通功率的一般LED封装；另一种是以苯基为侧链的高折射率苯基硅橡胶或基于此苯基硅橡胶的改性产物(折射率>1.50)[5]。
本实验研制一种高性能苯基硅橡胶纳米复合材料，基于苯基硅橡胶力学性能差等缺点，添加氧化石墨烯纳米粒子以对其改性，使复合材料具有透光率高、热稳定性好的特点，主要用于大功率LED封装材料。研究分为氧化石墨烯改性和苯基硅橡胶固化两部分，按照一定的比例混合后，形成纳米复合材料，并探索其性能优劣，为大功率LED封装材料的研制提供一个选择。
1.2发展状况
对于LED作为普及性的照明光源，有许多需要解决的技术挑战。其中，关键性的问题主要是提高光提取效率和阻止温度过高以及光输出发生的降解反应。这些问题都与封装材料相关，成为大功率LED提高效率和可靠性方面的阻碍。持续改善大功率LED封装材料的性能仍是目前国际研究的重点[6]。
从理论上讲，通过提高出光效率和增大器件工作电流密度可以将大功率LED的单个器件光通量的最大化。调高芯片的电流密度和外量子效率是外延生长技术和芯片制造技术追求的目标。然而，绝大部分大功率LED只将15%左右的输入功率转换成光能，其余作为热量损失。因此，热管理成为LED封装的关键问题，大功率LED封装应提高结温安全使用范围，尽量减少热应力引起材料失配现象。大功率LED若使用传统的环氧树脂封装材料，经高温和强烈紫外线照射后，材料性能会迅速降低，造成破坏性的水分和空气侵入芯片，封装材料变色，光提取效率急剧下降，甚至会发生猝灭。因此，在增大电流密度后，LED封装材料要具有较高的耐热老化性能并能有效的散热，抑制增加电流后产生的热量，才能提高器件的高光通量并延长使用寿命。
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