[發明專利]一種基于液態金屬的絕緣導熱納米材料及其制備和應用

有效

• 申請號: 201710453069.3
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN109135685B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 饒偉;樊攀;劉靜;王康
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C09K5/10
• 分類號: C09K5/10
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;陳征

本發明提出一種基于液態金屬的絕緣導熱納米材料，是分散有液態金屬納米顆粒的硅材料，所述絕緣導熱納米材料中液態金屬的體積分數為0.1～90％，所述絕緣導熱納米材料的體積電阻率≥10⁹Ω·m。本發明還提出所述絕緣導熱納米材料的制備和應用。本發明提出的液態金屬絕緣導熱納米材料，相比現有的液態金屬絕緣導熱膠，功能和性質進一步得以拓展，大大降低了液態金屬界面材料與不同基底材料特別是鋁質材料的腐蝕性，同時也保持著液態金屬界面材料的高導熱性。

技術領域

本發明屬于導熱材料領域，具體涉及一種含有液態金屬的導熱材料及其制備和應用。

背景技術

隨著電子芯片、電車汽車等設備的高度集成，設備功率密度越來越大，在極小的空間中過高的功率密度極易導致設備局部溫度過高。高溫會導致設備運行速度減慢、器件工作中途出故障、人體燙傷以及其它很多性能方面的問題。因此，針對這類產品，在架構緊湊、操作狹窄的空間內，有效地帶走高密度功率所產生的熱量，已經成為設計中至關重要的挑戰之一。

眾所周知，電子元件與散熱設備之間存在一層空氣縫隙，由于空氣導熱性差，由電子器件產生的熱量無法及時導出，極易發生過熱從而造成設備故障。此外，這一類空氣間隙的存在，也增大了計算機芯片與芯片散熱器之間的界面熱阻。為了降低這一界面熱阻，同時避免電子電路短路，主要采用以有機硅膠為基體的導熱膠作為界面材料，其導熱填料大多采用碳化硅、氧化鋁、氧化鋅、二氧化硅等無機非金屬材料，其導熱能力有限，部分填料在空氣中易吸潮、變質，且價格昂貴。為了提高其導熱能力，金、銀、銅、鋁、鎂等金屬固體顆粒作為填充料的產品也逐一面世。然而，這一類金屬顆粒密度大、極易沉積，容易造成導熱膠絕緣性下降。

一般來說，隨著導熱填料填充比例的增加，導熱填料之間的接觸會變得頻繁，從而形成很多良好的導熱通路，反應到復合導熱材料的性能上，就是其熱導率是會增加的。但并不能靠無限制的增加導熱填料來提高復合材料的熱導率，一般的導熱填料都是固體粉末，在填充比例達到一定值時，制備的復合材料容易干結，對于填充物是金屬粉末的復合材料，其絕緣性也大大降低。

針對這種現狀，專利201310067302.6提出了一種基于液態金屬的絕緣導熱膠。這種基于液態金屬的絕緣熱界面材料，具有熔點低、熱導率高以及流動性好等優點，特別是其導熱率更是遠高出常規熱界面材料如硅油或其添加有高導熱納米顆粒材料約1個量級，是一種比較理想的熱界面材料。但需要指出的是，通過加熱、攪拌、氧化制備的液態金屬絕緣導熱膠材料非常不穩定，存放一段時間后有滲油現象發生；涂抹于散熱物體表面，當涂抹層厚度變薄時，液態金屬很容易析出。這些問題直接制約著液態金屬型熱界面材料的進一步開發和應用，解決這種絕緣熱界面材料的穩定性問題就尤為緊急和必要。

發明內容

針對現有技術的不足之處，本發明的目的在于：本發明通過扎實的技術支持構建高穩定性絕緣液態金屬導熱納米材料，這種材料既保證了液態金屬型熱界面材料高的熱導率和絕緣特性，同時具備優良的穩定性，解決了滲油問題和金屬析出帶來的漏電風險，有極好的應用前景。

本發明的另一目的是提出所述絕緣液態金屬導熱納米材料的制備方法。

本發明的第三個目的是提出所述絕緣液態金屬導熱納米材料的應用。

實現本發明上述目的的技術方案為：

一種基于液態金屬的絕緣導熱納米材料，是分散有液態金屬納米顆粒的硅材料，所述絕緣導熱納米材料中液態金屬的體積分數為0.1～90％，所述絕緣導熱納米材料的體積電阻率≥10⁹Ω·m；

所述硅材料為導熱硅油、硅脂、無機硅膠、有機硅橡膠中的一種或多種，所述液態金屬為鎵、鎵銦、鎵銦錫、鎵銦錫鋅、鉍銦錫、鉍銦錫鋅合金中的一種。