[發(fā)明專利]一種含石墨烯的導(dǎo)熱凝膠及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611108037.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN108148558A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任文才;馬超群;裴嵩峰;成會(huì)明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C09K5/14
• 分類號(hào): C09K5/14
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發(fā)明公開了一種含石墨烯的導(dǎo)熱凝膠及其制備方法和應(yīng)用，屬于新材料及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用簡(jiǎn)單的工藝，以石墨烯和常規(guī)填料配合使用作為導(dǎo)熱填料，以硅油作為基體，制備出了石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱凝膠材料。復(fù)合材料中石墨烯和常規(guī)填料均勻分散，充分發(fā)揮了石墨烯自身高導(dǎo)熱性和常規(guī)填料可實(shí)現(xiàn)大量填充的特點(diǎn)，制備的導(dǎo)熱復(fù)合材料導(dǎo)熱率可達(dá)8W/mK。此種石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱凝膠制備工藝簡(jiǎn)單，可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，可作為新型高效導(dǎo)熱界面材料應(yīng)用于電子設(shè)備散熱。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新材料及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含石墨烯的導(dǎo)熱凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，電子元器件的微型化及多功能化對(duì)器件的散熱性提出了更高的要求。器件的散熱問題已成為迅速發(fā)展的電信產(chǎn)業(yè)面臨的技術(shù)“瓶頸”。

在器件散熱的過程中，熱量需要從器件內(nèi)部經(jīng)過器件封裝材料和散熱器界面再經(jīng)散熱器傳遞到外部環(huán)境。熱阻分析表明，器件與散熱器之間的界面熱阻較大。究其原因是固體表面在微觀尺度上粗糙不平，即使兩固體表面在接觸壓力高達(dá)10MPa的情況下，其實(shí)際接觸面積僅占表觀接觸面積的1～2％，其余部分則為充滿空氣的微小孔隙。因此，如何降低電子元器件與散熱裝置之間的界面熱阻是提高電子元件散熱效率的關(guān)鍵之一。為了減小界面熱阻，人們開發(fā)了導(dǎo)熱界面材料。將界面導(dǎo)熱材料填充于接觸面之間，可以去除接觸界面孔隙內(nèi)的空氣，在整個(gè)接觸界面上形成連續(xù)的導(dǎo)熱通道，提高電子元器件的散熱效率。

導(dǎo)熱凝膠是一種新型的導(dǎo)熱界面材料，它結(jié)合了導(dǎo)熱硅膠墊和導(dǎo)熱膏的優(yōu)點(diǎn)：即能像導(dǎo)熱墊一樣保持固定形態(tài)而不像導(dǎo)熱膏一樣易從界面流出；又能像導(dǎo)熱膏一樣可任意變換形狀而不像導(dǎo)熱墊一樣產(chǎn)生應(yīng)力。常規(guī)的導(dǎo)熱凝膠材料一般是將導(dǎo)熱顆粒直接混合在硅油等有機(jī)高分子材料中制得的復(fù)合材料。大量導(dǎo)熱填料的加入不僅增加了導(dǎo)熱凝膠的成本和重量，而且會(huì)使材料的界面浸潤(rùn)性下降、粘度增加、硬度增大，但導(dǎo)熱性能卻很難得到明顯提升。

研究表明，石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W m^-1K^-1，遠(yuǎn)高于碳納米管和金剛石。此外石墨烯是由單層碳原子構(gòu)成的蜂窩狀完美晶格，具有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。因此石墨烯作為一種新型高效的導(dǎo)熱填料具有很大的應(yīng)用潛力。但是由于石墨烯材料徑厚比大，易團(tuán)聚，作為納米材料利用機(jī)械攪拌等常規(guī)方法分散困難；同時(shí)單獨(dú)作為導(dǎo)熱填料使用，為滿足凝膠材料硬度、粘度等要求，添加量受到限制，生產(chǎn)成本也很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種含石墨烯的導(dǎo)熱凝膠的制備方法及其應(yīng)用，通過將石墨烯與傳統(tǒng)導(dǎo)熱填料配合使用，利用球磨法或機(jī)械研磨法等工藝，制備了含石墨烯的導(dǎo)熱凝膠。該工藝克服了利用機(jī)械攪拌等常規(guī)工藝在制備過程中由于石墨烯材料徑厚比大，易團(tuán)聚，作為納米材料分散困難的問題。同時(shí)，利用石墨烯與常規(guī)導(dǎo)熱填料配合使用，即可顯著提升導(dǎo)熱凝膠的導(dǎo)熱性能，也可克服石墨烯單獨(dú)使用添加量受限、成本高等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種含石墨烯的導(dǎo)熱凝膠，該導(dǎo)熱凝膠是由復(fù)合導(dǎo)熱填料和硅油基體組成，復(fù)合導(dǎo)熱填料與導(dǎo)熱凝膠的重量比例為(35-85)：100；所述復(fù)合導(dǎo)熱填料是由石墨烯和常規(guī)導(dǎo)熱填料組成，石墨烯和常規(guī)導(dǎo)熱填料均勻分散于硅油基體中；石墨烯在導(dǎo)熱凝膠中所占重量百分比為0.5～20％。

所述石墨烯為插層法制備的石墨烯、氧化石墨烯、電解法制備的石墨烯、氧化石墨烯以及化學(xué)氣相沉積法制備的石墨烯中的一種或幾種。

所述常規(guī)導(dǎo)熱填料的粒徑范圍為500～100μm(常規(guī)導(dǎo)熱填料形態(tài)優(yōu)選球形)；常規(guī)導(dǎo)熱填料為氧化鋁、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼以及碳化硅中的一種或幾種混合。

所述常規(guī)導(dǎo)熱填料為同一種填料但采用多種粒徑范圍的組合方式；或者常規(guī)導(dǎo)熱填料為同種粒徑范圍但選自不同種類的多種填料的組合方式。

所述硅油基體為二甲基硅油、乙烯基硅油、甲基苯基硅油和甲基氯代苯基硅油中的一種或幾種的混合物。