[發明專利]導熱聚合物復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201710247142.1
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107434905B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 王麗華;黃海珠;戚一寧;李韋偉;李曉鋒;于中振;安飛;黃春明;吳思;王盼
• 申請（專利權）人: 深圳中科中聚創新材料有限公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/02;C08K9/00;C08K3/04;C08K3/38;C09K5/14
• 代理公司: 44414 深圳中一聯合知識產權代理有限公司
• 代理人: 張全文

本發明公開了一種導熱聚合物復合材料及其制備方法與應用。本發明導熱聚合物復合材料包括由石墨烯與BN形成的氣凝膠本體，至少在所述氣凝膠本體氣孔內結合有樹脂。其制備方法包括的步驟有：配制含氧化石墨烯與BN的分散液、制備RGO/BN水凝膠、制備具有取向結構的氣凝膠和將氣凝膠與樹脂進行復合處理。本發明導熱聚合物復合材料通過石墨烯和氮化硼自組裝三維導熱網絡，優選的是形成定向結構三維結構，其與樹脂復合后賦予導熱聚合物復合材料優異的導熱性能和力學性能。本發明制備方法避免了采用定向冷凍干燥設備，從而有效簡化了工藝條件，降低了生成成本，而且提高了導熱聚合物復合材料的穩定性。

技術領域

本發明屬于導熱復合材料技術領域，具體的是涉及一種石墨烯導熱聚合物復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著微電子組裝技術和集成技術的迅速發展以及人們對電子產品微型化以及多功能化的需求，電子設備的組裝密度迅速提高，同時運行功率顯著提升，必然導致電子設備所產生的熱量急劇增加，這些熱量如不及時散出，將會嚴重威脅電子設備的運行可靠性。設計和制備高性能導熱材料、解決電子元器件散熱問題已成為現代電子元器件發展需要解決的關鍵問題之一。

聚合物導熱復合材料因具有質輕、易加工、耐腐蝕、力學及抗疲勞性能優良、導熱性能可調等優點，已成為備受關注的熱管理材料之一，在電子電器、LED燈罩、盤管式蓄冰空調、電池外殼等傳熱散熱領域有著巨大的市場前景。聚合物本身大多為熱的不良導體(熱導率在0.1～0.5W/mK之間)，賦予其導熱功能性的常用手段是添加顆粒狀金屬、金屬氧化物和氮化物以及碳系導熱填料等來制備填充型聚合物導熱復合材料。然而Al₂O₃、BN、SiC等傳統填料導熱增強效果有限，要提高熱導率需較高的填充量。但是填料含量過高往往導致材料韌性等性能受到損害，同時也使得復合材料的密度明顯提高，難以滿足輕質材料的需求。因此選擇合適的填料并高效的發揮其導熱增強效果，使復合材料在低填充量下具有高熱導率成為人們關注的焦點。

目前，石墨烯/聚合物導熱復合材料方面已開展的工作主要是將石墨烯粉體如還原氧化石墨烯、少層石墨烯(厚度1-3nm)或石墨烯納米微片(厚度3-10nm)等分散在聚合物基體中，并探究通過表面改性提高相容性，促進導熱網絡的形成以及降低界面熱阻以獲得導熱增強效果。在超高分子量聚乙烯中添加21.4vol％的石墨烯納米微片使熱導率達到4.6W/mK。而陶瓷或金屬顆粒要達到同樣的導熱增強效果，往往需要60vol％的填充量，石墨烯的二維結構和高本征熱導率的優勢得到充分體現，但是同理論導熱增強相比仍然具有較大的差距。

其中一個主要的原因是石墨烯通過化學剝離的方法制備會引入缺陷，缺陷造成熱傳導過程中聲子散射，對導熱不利。為避免石墨烯面內缺陷對導熱性能的影響，需要通過高溫熱處理修復剝離過程中產生的缺陷。另一個原因是石墨烯片之間的接觸程度較低，片與片之間是局部小區域接觸，甚至是點接觸，聲子雖然優先在石墨烯相互接觸部位傳導，但由于傳輸通道受限，仍有部分聲子沿著石墨烯向基體傳導，在界面發生聲子散射，接觸熱阻較大。第三個原因在于石墨烯優異的熱傳導能力是體現在面內，垂直方向上較低，要充分發揮其面內超高熱傳導能力，需要石墨烯最大程度的在熱流方向上可控取向。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種導熱聚合物復合材料及其制備方法，以解決現有導熱聚合物復合材料的導熱性能不理想的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明的一方面，提供了一種導熱聚合物復合材料。所述導熱聚合物復合材料包括由石墨烯與BN形成的氣凝膠本體，至少在所述氣凝膠本體氣孔內結合有樹脂。

本發明的另一方面，提供了一種導熱聚合物復合材料的制備方法。所述制備方法包括如下步驟：

將氧化石墨烯與BN配制成含氧化石墨烯與BN的分散液；

將所述分散液進行水熱還原處理，得到RGO/BN水凝膠；