[發明專利]一種碳納米復合薄膜的制備方法及用途

在審

• 申請號: 202010569202.3
• 申請日: 2020-06-20
• 公開（公告）號: CN111777777A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 劉偉;馬江將;賈琨;王東紅;馬晨
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十三研究所
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L75/08;C08L75/06;C08K3/04;H05K7/20;H05K9/00
• 代理公司: 太原榮信德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14119
• 代理人: 楊凱;連慧敏

本發明涉及電磁防護和熱管理技術領域，更具體而言，涉及一種碳納米復合薄膜的制備方法及用途，將碳納米復合薄膜先將聚氨酯單體與碳納米管混合，通過原位聚合反應獲得復合材料，極大地提高了碳納米管的分散性，使復合材料中碳納米管的含量大大增加，顯著地提升了復合材料的導熱、導電及電磁屏蔽性能。采用涂料涂覆方式成膜，所制備的薄膜厚度小（50?100μm），為自支撐的薄膜，使用過程無需載體，適用于柔性電子器件。所制備的復合薄膜具有較高的熱導率和電導率，可同時作為熱界面材料及電磁屏蔽材料使用，可節省更多空間。生產過程環保，不會對人體和環境造成危害。

技術領域

本發明涉及電磁防護和熱管理技術領域，更具體而言，涉及一種碳納米復合薄膜的制備方法及用途。

背景技術

隨著現代科學技術的快速發展，電子設備的小型化和功能集成化成為了發展趨勢，各類柔性器件，如可穿戴電子設備、可折疊電子設備為人們的工作和生活帶來了極大的便利。然而，電子元器件運行過程中不可避免地產生了電磁輻射，不僅威脅到人類的健康，還造成了元器件之間的相互干擾，影響設備正常運行；另一方面，隨著電子器件的功率越來越高，電子器件在工作過程中產生了更多的熱量，造成溫度過高，嚴重影響器件的工作性能及使用壽命。同時由于這些柔性器件的體積較以往大大縮小，為了節省內部空間，多功能界面材料受到柔性器件青睞。因此，兼具散熱及電磁屏蔽功能的柔性界面材料引起了人們廣泛關注。

熱界面材料通常位于熱源（如CPU）和散熱器之間，起到將熱量從熱源傳導到散熱器的作用。硬質材料的界面會不可避免地產生空氣間隙，由于空氣熱導率很低，嚴重影響界面的熱傳導性能。因此，軟質聚合物基復合材料是熱界面材料的首選。對于電磁屏蔽而言，高導電金屬是最常用的電磁屏蔽材料，但是金屬密度大、易腐蝕、柔韌性差，很難在柔性電子器件中獲得應用。而聚合物基電磁屏蔽材料可以彌補金屬材料的不足，受到了科研人員的廣泛關注。但聚合物本身不具有導熱或電磁屏蔽的功能，需要將具有導熱或電磁屏蔽功能的填料（如金屬粉、陶瓷粉、石墨等）加入到聚合物基體中得到導熱或電磁屏蔽復合材料。碳納米管是一種新型碳納米材料，具有低密度、高長徑比及極高的熱導率（3000W/mK）和電導率（10⁶ S/cm），是一種極具應有潛力的導熱/屏蔽雙重功能填料。

聚合物基復合材料的導熱及電磁屏蔽性能與其功能填料的負載量成正比。然而，由于碳納米材料的比表面積大，納米顆粒很容易發生團聚，導致碳納米材料在聚合物基體中的分散性較差。現有的聚合物基復合材料制備方法（如公布號為CN110564335A和CN109729707A的申請專利）是將碳納米管與高分子聚合物通過溶液或熔融方式直接混合，得到的復合材料中碳納米填料的負載量很低，嚴重影響復合材料的導熱及電磁屏蔽性能。另一方面，現有的聚合物基碳納米功能材料一般都是單一功能材料，或用于界面導熱，或用于電磁屏蔽，并且厚度較大（0.5mm），在電子器件中占用很大空間，已經無法滿足柔性器件中界面材料的使用要求。

發明內容

為了克服現有技術中所存在的不足，本發明提供一種可用于柔性器件散熱及電磁屏蔽的碳納米復合薄膜的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種碳納米復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：

S1、將碳納米管加入丙酮溶液中，超聲分散獲得碳納米管分散液；

S2、取S1制備的碳納米管分散液轉移至配有溫度計、冷凝管、攪拌器的四口燒瓶中，并向其中加入低聚物多元醇和二異氰酸酯，在惰性氣體保護下，在70-90℃溫度下持續攪拌反應1-3h；

S3、向S3燒瓶中加入擴鏈劑，在70-90℃溫度下持續攪拌反應2-5h得到聚氨酯預聚體，待溶液冷卻至室溫后，加入三乙胺，用來中和溶液中的酸性組分；

S4、向S3得到的溶液中加入蒸餾水，并通過蒸餾方式去除溶液中的丙酮，得到水性碳納米管/聚氨酯預聚體分散液；