[發明專利]一種具有高垂直導熱系數的柔性熱界面材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910805114.6
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN110408221A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 楊偉;馮昌平;白露;柯凱;包睿瑩;劉正英;楊鳴波
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L91/06
• 分類號: C08L91/06;C08L23/08;C08K7/18;C08K3/04;C08K3/38;C09K5/06
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發明屬于高分子材料技術領域，具體是指一種具有高垂直導熱系數的熱界面材料及其制備方法。本發明提供一種柔性熱界面材料，所述熱界面材料包括柔性高分子基體和球形導熱填料，所述柔性熱界面材料的微觀結構呈現：在其厚度方向上存在1～2層規整排列的球形導熱填料，少層數的球形導熱填料構建了有效的導熱通路。本發明所述制備的熱界面材料制備方法簡單，不需要用到有機溶劑和復雜的加工設備；并且本發明所述熱界面材料具有突出的垂直導熱系數，同時保持優異的柔韌性，優異的貼敷性。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，具體是指一種具有高垂直導熱系數的熱界面材料及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的進步和發展，電子封裝、能源、汽車、航空航天和電機電器等領域對熱界面材料的導熱性能提出了更高的要求。熱界面材料用作電子器件和散熱器之間，通過填充界面間的間隙，降低界面熱阻，最終起到提高傳熱效率的作用。商業的熱界面材料是將高分子基體和導熱填料共混制備的，填料在基體中是無序分布的，制備的熱界面材料的垂直導熱系數一般較低(0.5-3W/mK)。現有熱界面材料的導熱性能難以滿足電子工業發展的需求。在實際應用中，高性能的熱界面材料應該具有較高的垂直導熱系數和優異的柔性。

現有技術中，具有較高膜內導熱系數的熱界面材料研究已經被成功制備。例如，膜內導熱系數高達1940W/mK的石墨烯膜，膜內導熱系數為120W/mK的聚乙烯醇/氮化硼復合膜和膜內導熱系數為62W/mK的聚乙烯膜已被成功研制。然而，這些膜材料的垂直導熱系數一般只有0.05-1W/mK，難以滿足實際的熱界面材料應用。

此外，具有高垂直導熱系數的硬質材料也已經被成功制備，例如，垂直導熱系數為13W/mK的石墨烯/碳化硅復合膜已經被成功研制。純金屬和純陶瓷的垂直導熱系數一般也超過5W/mK。然而，這些硬質導熱材料不能應用作熱界面材料，因為熱界面材料是應用于電子器件和散熱器之間，起到填充界面間的間隙的作用，因此需要熱界面材料具有低的模量和優異的柔性。

基于此，研究并開發設計一種具高垂直導熱系數的柔性熱界面材料具有重要的意義。

發明內容

針對上述缺陷，本發明提供一種柔性熱界面材料，該熱界面材料具有較高的垂直導熱系數，低的模量，優異的柔性以及優異的貼敷性。

本發明的技術方案：

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種柔性熱界面材料，所述熱界面材料包括柔性高分子基體和球形導熱填料，所述柔性熱界面材料的微觀結構呈現：在其厚度方向上存在1～2層規整排列的球形導熱填料，少層數的球形導熱填料構建了有效的導熱通路。即所述柔性熱界面材料任意斷面的SEM結構呈現出：球形導熱填料只有1～2層規整排列的結構。

進一步，所述柔性熱界面材料中，熱界面材料的厚度為球形導熱填料直徑的1～2倍。

進一步，所述柔性熱界面材料中，所述柔性高分子基體選自：硅橡膠、氯化聚乙烯、乙丙橡膠、乙烯-辛烯無規共聚物、乙烯-丙烯無規共聚物或乙烯-辛烯嵌段共聚物中的一種。

進一步，所述柔性熱界面材料中，所述球形導熱填料選自Al₂O₃、金屬鋁、金屬銅或金屬銀中的一種。

進一步，所述柔性熱界面材料中，所述球形導熱填料具有較窄的粒徑分布，即具有相同直徑填料的個數占填料總個數的比例≥95％。

進一步，所述柔性熱界面材料中，所述二維導熱填料為氮化硼、氮化硼納米片、石墨烯、石墨、石墨烯納米片或碳化硅中的一種。

進一步，所述柔性熱界面材料中還包括二維導熱填料，所述二維導熱填料位于球形導熱填料之間，并且其微觀結構呈現為：與球形導熱填料的接觸面呈垂直取向結構；即二維導熱填料垂直于球形導熱填料的接觸面并有一定的取向。