随着高功率LED、电力电子、新能源系统和智能传感技术的快速发展，封装材料越来越需要满足严格的热管理、环境适应性和操作安全性要求[[1], [2], [3]]。基于硅的封装材料因其优异的热氧化稳定性、介电性能、防潮性和光学透明度，在芯片粘接、灌封、绝缘保护和结构缓冲应用中得到广泛应用[4]。然而，传统硅材料的导热性较低（通常低于0.2 W·m?1·K?1），这可能导致高功率运行时热量积聚、界面热点形成以及设备性能下降[5,6]。此外，作为易燃聚合物材料，硅材料在热应力或电应力下可能产生点火、熔融滴落和烟雾排放等二次危害，从而影响设备可靠性和操作安全性[7,8]。因此，在保持加工性能和机械强度的同时，提高导热性和阻燃性仍然是硅基封装材料开发和改性的关键挑战[9]。
为了解决硅材料导热性低的问题，人们广泛使用了氧化铝、氧化镁、碳化硅、氮化铝和石墨烯等无机填料来增强散热[[10], [11], [12]]。虽然这些填料可以有效改善复合材料的导热性能，但通常需要较高的添加量（>20 wt%）才能建立连续的热传导网络。过高的填料含量会增加系统粘度，降低柔韧性，引入界面缺陷，影响光学透明度，并可能改变固化行为和交联密度[13,14]。在阻燃方面，已经探索了含卤添加剂、磷氮体系和涂层硅氧烷阻燃剂对硅材料的改性。然而，其中一些添加剂会产生有毒烟雾，阻燃效果有限，会降低机械强度，或面临环境和监管限制[[15], [16], [17]]。在电子封装领域，材料需要同时满足导热性、阻燃性、烟雾抑制、电气绝缘和环境兼容性的严格要求，这对高性能硅复合材料的合理设计提出了重大挑战[18]。
六方氮化硼（h-BN）是一种层状材料，具有较高的面内导热性（200–400 W·m?1·K?1）、优异的热稳定性和低介电常数，因此受到了广泛关注[19,20]。与石墨烯和碳纳米管等碳基填料相比，h-BN具有电绝缘性、化学稳定性、不迁移性，并且毒性低，从而降低了设备发生电气故障或不必要的导电风险[21]。与氧化物填料不同，h-BN具有较大的比表面积和更有利的层状结构，可以构建高效的热传导路径，而不会显著增加介电损耗[22]。最新研究表明，在燃烧过程中，h-BN可以迁移到材料表面形成致密的陶瓷状保护层，通过物理屏蔽、自由基捕获和热/氧屏障效应抑制火焰传播[[23], [24], [25]]。这种双重功能使得h-BN在极低添加量下就能同时增强导热性和阻燃性，使其成为下一代需要结合热管理和消防安全要求的电子封装材料的有希望的多功能填料。
尽管h-BN已被应用于环氧树脂、硅橡胶、聚烯烃和聚酰亚胺等聚合物系统中，但其在LED封装用硅材料中同时增强导热性和阻燃性的协同作用尚未得到充分理解[26,27]。大多数现有研究集中在高h-BN添加量及其对热性能的影响上，而超低h-BN浓度（≤1 wt%）对机械性能、热释放行为、烟雾生成和界面结构的综合影响则关注较少。此外，关于h-BN在硅基体中的分散状态、热稳定性演变、氧化防护行为和凝聚相阻燃机制的详细了解仍然不足[28,29]。填补这些知识空白需要系统性的研究，结合结构表征、热分析和燃烧行为评估，以阐明低添加量下h-BN的协同效应。在用于LED封装的有机硅凝胶系统中，低添加量的氮化硼通过其独特的二维片层结构实现了阻燃性和导热性的双重增强效应，并表现出多性能协同[30]。其核心机制在于：功能改性的氮化硼纳米片可以在有机硅基体中均匀分散，构建高效的热传导和屏障网络[31]。一方面，纳米片显著提高了材料的面内导热性，快速扩散局部热量；另一方面，在燃烧过程中，片层在表面聚集形成致密的陶瓷屏障，物理隔离氧气和热量，从而实现“高导热性”和“高阻燃性”的协同效应。该结构还作为一种纳米增强相，通过裂纹偏转和桥接机制同时提高材料的机械强度和韧性，抵抗热应力。这种协同系统最终满足了LED封装对高透光率、高效散热、优异可靠性和低填充量的关键要求，为下一代高功率和高可靠性LED封装材料提供了有效的解决方案。
在本研究中，通过球磨-超声分散工艺将h-BN以超低质量分数掺入双组分硅封装材料中。使用SEM、XRD和FTIR系统地表征了分散状态和界面特性，通过拉伸测试、TGA和DSC测量评估了复合材料的机械性能、导热性和热行为。进一步通过锥形量热和垂直燃烧测试评估了燃烧性能。从热传导网络形成、炭层演变以及烟雾和有毒气体排放的抑制方面分析了潜在的协同机制。研究结果为开发具有优异热管理、机械可靠性和消防安全性能的硅基封装材料提供了理论基础和实践指导。
