[發明專利]環氧樹脂/納米銅/碳納米管熱界面復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310363280.8
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103467925A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 宣益民;張平;李強
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08K13/06;C08K9/02;C08K7/00;C08K3/04;C08K3/08;C08K5/151
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及一種環氧樹脂/納米銅/多壁碳納米管熱界面復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著電子芯片的集成度、封裝密度和工作頻率的迅速提高，芯片熱流密度迅速增加,給芯片散熱帶來了很大挑戰，其中接觸熱阻是影響芯片散熱的主要因素之一，亟待研制高導熱性能的熱界面材料,研究界面強化傳熱方法。現有的熱界面材料(TIM)如常用的導熱膏和導熱硅脂等TIM都是以礦物油、硅樹脂為基體材料通過添加硅顆粒制備而成，但由于有效熱導率相當低（礦物油熱導率-0.13W/m?K,硅樹脂熱導率-0.18W/m?K,硅熱導率-1.3-14W/m?K），其難以滿足高功率電子器件的實際散熱需求。環氧樹脂這種基體材料因其卓越的機械、熱學和電子性能以及優良的可處理性能，被廣泛地應用于電子工業中.因而諸如以碳納米管（carbon?nanotubes,CNTs）、碳納米管陣列（CNTs?Array）、石墨烯（grapheme）、碳纖維（carbon?fiber）、石墨（graphite）和金剛石等高導熱性能的新型材料作為增強基填料制備的環氧樹脂基復合熱界面材料因其具有較高的熱導率成為當前研究的熱點。有研究表明單根多壁碳納米管（MWCNT）的熱導率高達1000W/m?K甚至更高，因此碳納米管可被作為一種新型特殊填料廣泛應用于摻雜在環氧樹脂基體材料中以提高該復合材料的導熱性能。近年來，很多學者報道了把MWCNTs摻雜在聚合物TIM中對環氧樹脂復合材料熱導率的提高程度。例如:Yang等報道了把30vol%的MWCNT-SiC復合填料摻雜在環氧樹脂基體材料中得到了熱導率為2W/m?K的環氧樹脂復合材料（Yang?Kai,Gu?Mingyuan2010Compos.Part.A-Appl.S.412）；Thostenson等把5wt%的MWCNTs摻雜到環氧樹脂中其熱導率提高了60%（Thostenson?Erik?T,Chou?Tsu-Wei2006Carbon4414）；Cui等制備了epoxy/MWCNT@SiO₂的環氧樹脂復合材料,其熱導率提升了67%（Cui?Wei,Du?Feipeng,Zhao?Jinchao,Zhang?Wei,Yang?Yingkui,Xie?Xiaolin,Mai?Yiu-Wing2011Carbon492）。但多壁碳納米管的熱導率是各向異性的且具有很高的強度和硬度，而金屬銅（401W/mK@300K）因其具有較高的僅次于銀的熱導率以及較好的彈塑性能也被廣泛應用于很多需要強化傳熱的場合,為了增強碳納米管管與管之間的傳熱,嘗試在納米銅/環氧樹脂復合熱界面材料中摻雜了不同份量的碳納米管來提高環氧樹脂基復合材料的熱導率，但簡單混合的納米銅/環氧樹脂以及碳納米管/納米銅/環氧樹脂復合材料很容易出現分層沉降問題。

發明內容

本發明所的目的在于提供一種環氧樹脂/納米銅/碳納米管熱界面復合材料及其制備方法，可實現碳納米管在環氧樹脂中良好分散同時與納米銅粒子均勻混合顯著提高環氧樹脂復合材料的熱導率。它是先對碳納米管的表面進行羧基化處理，然后在一定條件下將其與納米銅粒子在環氧樹脂基底材料中共溶并能均勻分散。本發明制成的熱界面復合材料可應用于電子散熱、航空航天等高端材料領域。

本發明的技術解決方案是：一種環氧樹脂/納米銅/碳納米管熱界面復合材料，以重量份計，其組份組成為：

其中，所述的環氧樹脂優選牌號為E51；所述的固化劑為聚酰胺樹脂，優選牌號為650；所述納米銅粒子的平均粒徑為200nm～1μm；所述的碳納米管經過羧基化處理，其外徑為30nm～50nm;內徑為7nm～10nm;長5μm～10μm。

一種利用上述配方制備環氧樹脂/納米銅/碳納米管熱界面復合材料的方法，包括以下步驟：

步驟一，制備納米銅/環氧樹脂復合材料：（1）將環氧樹脂與聚酰胺樹脂固化劑混合攪拌；（2）將真空干燥后的納米銅顆粒加入步驟（1）混合液體中，并加入環氧丙烷丁基醚稀釋劑攪拌研磨；（3）在步驟（2）混合液中加入丙酮并超聲分散；（4）將步驟（3）混合液真空下加熱并緩慢攪拌，真空脫泡4-6小時；

步驟二，制備碳納米管/納米銅/環氧樹脂復合材料：（1）對碳納米管進行羧基化表面改性處理并進行真空干燥；（2）將干燥后的碳納米管加入步驟一納米銅/環氧樹脂復合物中，并加入環氧丙烷丁基醚稀釋劑攪拌研磨；（3）在步驟（2）混合液中加入丙酮并超聲分散；（4）將步驟（3）混合液真空下加熱并緩慢攪拌，真空脫泡4-6小時。