[發(fā)明專利]一種電絕緣導(dǎo)熱樹脂復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910062796.2
• 申請(qǐng)日: 2009-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN101597418A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 解孝林;崔偉;周興平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L63/00
• 分類號(hào): C08L63/00;C08K9/10;C09C1/44;C09C3/06;C08L63/02;C08K5/3445;C08K5/09
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電絕緣導(dǎo)熱樹脂復(fù)合材料及其制備方法，具體是一種具有電絕緣性和導(dǎo)熱增強(qiáng)效果的二氧化硅包覆的碳納米管-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著集成電路器件尺寸上的不斷小型化，數(shù)量上的巨型化，電子元件在工作過程中所產(chǎn)生的大量熱量嚴(yán)重影響到元件的性能和可靠性，帶來了一系列熱管理問題。因此，電子封裝材料已成為制約集成電路性能進(jìn)一步提升的主要瓶頸。塑料封裝材料在電子封裝材料中用量最大，發(fā)展最快，而其中，又以環(huán)氧樹脂應(yīng)用最為廣泛。傳統(tǒng)封裝材料中，通過向基體樹脂中添加導(dǎo)熱系數(shù)高的無機(jī)填料，如石墨，碳纖維，碳化硅，氮化硼，氧化鋁，銀或其它金屬，可以有效提高其導(dǎo)熱系數(shù)。但是，對(duì)于金屬填料來說，無法實(shí)現(xiàn)電子封裝材料對(duì)電氣絕緣性能的要求。另一方面，對(duì)于球型顆粒填料和短長(zhǎng)徑比的晶須填料，雖然可以滿足絕緣性能的要求，但是必須在高填充量時(shí)才能發(fā)揮較好的導(dǎo)熱效果，這會(huì)造成樹脂封裝材料失去所需的性能，例如加工性和力學(xué)性能。

碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)和導(dǎo)熱性能，使其成為高機(jī)械性能，高導(dǎo)熱材料應(yīng)用中的首選材料。Sergei?Shenogin等人2004年在美國(guó)物理學(xué)會(huì)上發(fā)表的研究結(jié)果表明，碳納米管-樹脂基體間的界面熱阻是影響復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素(具體參見J.Appl.Phys.2004，95：8136)。而Ming?Hu等人于2007年在美國(guó)物理學(xué)會(huì)上發(fā)表文章指出，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的提高需要填料-基體樹脂間模量的匹配以及強(qiáng)的界面鍵合作用(具體參見Appl.Phys.Lett.，2007，91，241910)。碳納米管的模量高達(dá)1TPa，而樹脂基體的模量只有幾個(gè)GPa(具體參見Phys.Rev.Lett.，2000，84，5552)，兩者之間的模量嚴(yán)重失配；另外，惰性的碳納米管與樹脂基體間僅存在弱的范德華力，因此，現(xiàn)有技術(shù)中通過直接分散碳納米管于樹脂基體中，所得到的材料導(dǎo)熱系數(shù)小，并且由于碳納米管自身具有一定的導(dǎo)電性，也影響到封裝材料對(duì)絕緣性的要求。

目前為止，電絕緣并導(dǎo)熱的二氧化硅包覆的碳納米管-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有碳納米管填充復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)不高，并且無電絕緣性的缺點(diǎn)，提供了一種具有電絕緣性和導(dǎo)熱效果強(qiáng)的二氧化硅包覆的碳納米管-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明的電絕緣導(dǎo)熱樹脂復(fù)合材料，其特征是二氧化硅包覆的碳納米管-環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料。

本發(fā)明的電絕緣導(dǎo)熱樹脂復(fù)合材料，其具體制備方法如下。

溶膠凝膠法制備SiO₂包覆碳納米管：

①將碳納米管置于硝酸和硫酸的混酸中回流氧化處理6～12h，碳納米管與混酸的比為1g/100ml～1g/150ml，處理溫度為90～120℃；然后經(jīng)過濾，去離子水洗滌后干燥；

②將步驟①處理過的碳納米管超聲分散于無水乙醇、氨水和去離子水的混合液中，碳納米管與乙醇的比為1g/150ml～1g/1000ml，超聲振蕩分散10～30分鐘，最后機(jī)械攪拌10～30分鐘，得A液；

③將正硅酸乙酯傾入A液中，正硅酸乙酯與碳納米管的比為6ml/1g～60ml/1g，室溫機(jī)械攪拌6～24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)微孔濾膜抽濾、洗滌、干燥后即得到SiO₂包覆碳納米管；

經(jīng)SiO₂表面包覆的碳納米管在環(huán)氧樹脂中分散并固化成型：

④將SiO₂表面包覆碳納米管分散于有機(jī)溶劑里，兩者的比為1g/50ml～1g/150ml，室溫超聲分散30～60分鐘后，加入到經(jīng)預(yù)熱的環(huán)氧樹脂中；將超聲水浴溫度升至70～90℃，繼續(xù)超聲分散1～2小時(shí)，然后機(jī)械攪拌1～2小時(shí)；

⑤加入添加量為環(huán)氧樹脂的6-40wt％的固化劑，混合均勻并真空脫氣泡后，視需要進(jìn)行固化成型加工，即制成本發(fā)明的電絕緣導(dǎo)熱樹脂復(fù)合材料。

上述反應(yīng)方法里，

步驟①所述的硝酸和硫酸的混酸，硝酸/硫酸體積比為1/3～3/1；

步驟②所說的無水乙醇，氨水和去離子水的混合液，其濃度：相對(duì)于乙醇，氨水及去離子水的摩爾濃度分別為0.16～0.48mol/L及0～20mol/L；

步驟④所述的有機(jī)溶劑為下列溶劑中的一種：乙醇，丙酮，四氫呋喃，氯仿；所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型E-51、E-44型中的一種，環(huán)氧樹脂與SiO₂表面包覆碳納米管的質(zhì)量比為100/0.1～100/2。