[發明專利]一種石墨烯導熱硅脂的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201810055458.5
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108264771A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 林榮銓
• 申請（專利權）人: 林榮銓
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08K9/00;C08K3/04;C09K5/14
• 代理公司: 北京紐樂康知識產權代理事務所(普通合伙) 11210
• 代理人: 羅莎

本發明涉及一種導熱硅脂，尤其涉及一種石墨烯導熱硅脂的制備方法及其應用。本發明采用液相超聲剝離法制備的石墨烯為原料，并在加入導熱硅脂之前進行干燥活化處理，再以導熱硅脂為基料，通過真空攪拌的方式將活化后的石墨烯粉體添加并均勻分散至導熱硅脂中，形成石墨烯導熱硅脂。本發明制得的石墨烯導熱硅脂，其穩定性、使用壽命以及導熱性能均得到顯著提升。

技術領域

本發明涉及導熱硅脂，尤其涉及一種石墨烯導熱硅脂以及石墨烯導熱硅脂的制備方法。

背景技術

導熱硅脂(又稱散熱膏)是一種膏狀的熱界面導熱材料，可用于發熱或散熱元件的散熱，具有良好的導熱性能，常應用于電子產品等領域。其主要特點是：既可應用于快速釋放電子產品使用時產生的熱量，也可應用于航空航天、電子電氣等領域中需要散熱、傳熱或絕緣等部位；能及時排除電子設備使用過程中產生的大量熱量，在電子產品的密集化、小型化、可靠性、精密度及使用壽命等方面具有重要作用。導熱硅脂具有良好的流動性，能填充上述空隙，從而保證了電子元件和散熱片之間的緊密接觸，并增加了接觸面積、提高了傳熱效率，進而能最大程度地將發熱元件工作時所產生的熱量迅速而均勻地傳至散熱片，使散熱效果達到最佳。因此，導熱硅脂性能的好壞對電子元件的散熱性能影響極大，本領域技術人員也一直致力于研究導熱性能更好的導熱硅脂，以便提高產品的導熱散熱性能。

石墨烯是由單層碳原子以sp²雜化形成的六元環平面結構，是一種理想化的二維平面材料。由于其特殊的二維晶體結構，有著很好的機械強度、電子遷移率、高比表面積等特點。同時也有著很高的理論熱導率，超過5300W/m·K，遠遠高于石墨、碳納米管等其他碳材料的熱導率，是已知熱導率最高的材料。由于石墨烯在片層平面內是各項同性的，在平面內的熱傳導不會存在方向性。因此將石墨烯用于導熱領域，開發新型的導熱薄膜是非常有必要，也是最有可能實現的。

W.Yu等人分別研究了以石墨烯微片、氧化還原石墨烯和石墨烯微片/不同粒度的氧化鋁為導熱填料制備的高導熱硅脂，發現石墨烯微片能夠極大地增加基礎脂的導熱性能。由于氧化還原石墨烯多孔結構對硅脂的黏度影響較大，僅能在較低濃度下增加硅脂的導熱性能；相比于單一的石墨烯微片填料和氧化鋁填料，石墨烯微片/氧化鋁復合填料具有協同導熱效應，能夠提高硅脂的導熱性能(參見“YU W，XIE H，YIN L，et al.Exceptionallyhigh thermal conductivity of thermal grease：Synergistic effects of grapheneand alumina[J].Int J Therm Sci，2015，91：76-82.”以及“YU W，XIE H，CHEN L，etal.Graphene based silicone thermal greases[J].Phys Lett A，2014，378(3)：207-211.”)。K.M.Shahil等人將多層石墨烯作為導熱填料加入到一種熱導率5.8W/(m·K)的導熱硅脂中，少量添加就能極大提高基礎脂導熱性能，添加后的熱導率最大可達14W/(m·K)(參見“SHAHIL K M，BALANDIN A A.Graphene-multilayer graphene nanocomposites ashighly efficient thermal interface materials[J].Nano Lett，2012，12(2)：861-867.”)。在公布號為CN102634212A的專利文獻中公開了一種導熱硅脂組合物，該導熱硅脂組合物主要由碳納米管、石墨烯、相變膠囊顆粒物和硅油等組成。利用碳納米管能進一步加速熱量的傳導，而相變膠囊顆粒物用于提高熱端的初始溫度吸收速率，最終在流體內部形成了由顆粒(相變膠囊)+線(碳納米管)+平面(石墨烯)等組成的全三維網絡分布的組合物。這種導熱硅脂組合物具有熱導率高、熱阻值低等特征，從而明顯提高了導熱硅脂的散熱效率和使用壽命，具有良好的實用價值。

然而，這些研究中使用的石墨烯是直接作為導熱填料加載導熱硅脂中，而導熱硅脂中的石墨烯會發生團聚，石墨烯不能均勻地分散在導熱硅脂中，影響導熱硅脂的導熱均勻性。同時，石墨烯與導熱硅脂之間的相容性較差，這也不利于導熱硅脂的導熱性能的提升。