[發明專利]一種聚合物基金屬氣凝膠復合熱界面材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011586827.7
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112745636A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 李明雨;彭飛;祝溫泊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/00;C08K3/08;C08K3/22
• 代理公司: 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙) 44451
• 代理人: 黎健任

本發明提供了一種聚合物基金屬氣凝膠復合熱界面材料及其制備方法，所述聚合物基金屬氣凝膠復合熱界面材料，其特征在于：其包括金屬氣凝膠形成的骨架，以及填充并包覆所述骨架的復合高分子聚合物，所述復合高分子聚合物包括聚合物和導熱填料；所述金屬氣凝膠的材料包括金屬納米線。采用本發明技術方案的聚合物基金屬氣凝膠復合熱界面材料具有優秀的熱導率，基于金屬氣凝膠構筑的骨架結構能夠發揮優異的導熱性能，降低熱界面復合材料的界面熱阻；由于納米材料的尺寸效應在低溫下可以與散熱器、發熱器件表面發生冶金互連，進一步提高了導熱膠的熱導率。

技術領域

本發明屬于高分子復合材料技術領域，尤其涉及一種聚合物基金屬氣凝膠復合熱界面材料及其制備方法。

背景技術

隨著半導體行業的快速發展，集成電路逐漸向小型化、高密度化和高功率化方向發展，導致元器件的散熱成為亟需解決的重要問題，熱界面材料可以作為發熱器件與散熱器的熱通道，降低兩者之間的接觸熱阻，實現發熱器件的高效散熱。然而，傳統的熱界面材料相對較低的導熱率，難以完全填充發熱器件與散熱器間隙的缺陷，嚴重影響了發熱器件的散熱效率。因此為了保證電子元器件的工作性能和使用壽命，開發高導熱的新型熱界面材料具有重要意義。

聚合物材料具有良好的柔韌性、低成本和良好的可加工性，被廣泛應用于熱界面材料中。然而，聚合物的本征導熱率普遍過低，在實際應用中單獨使用時難以達到有效的傳熱效果。因此，通常要向聚合物中添加導熱填料（如金屬、陶瓷和碳材料）。

發明內容

針對以上技術問題，本發明公開了一種聚合物基金屬氣凝膠復合熱界面材料及其制備方法，具有更好的散熱效果，可以適用更多的散熱場合。

對此，本發明采用的技術方案為：

一種聚合物基金屬氣凝膠復合熱界面材料，其包括金屬氣凝膠形成的骨架，以及填充并包覆所述骨架的復合高分子聚合物，所述復合高分子聚合物包括聚合物和導熱填料；所述金屬氣凝膠的材料包括金屬納米線。

金屬氣凝膠是一種由金屬納米線通過交聯搭接而成的凝膠材料，其固相尺寸及孔隙大小均為納米量級，除此之外，獨特的加工工藝使氣凝膠具有連續可調的密度和孔隙率以及接近塊體金屬的熱導率。本發明的熱界面復合材料中，金屬氣凝膠承擔主要熱傳導作用，與常規的向聚合物中添加金屬顆粒、納米線或碳材料相比，金屬氣凝膠形成的三維導熱網絡大幅度提高了復合材料的導熱系數，因此，基于金屬氣凝膠構筑的骨架結構一方面能夠發揮優異的導熱性能、降低熱界面復合材料的界面熱阻，另一方面作為填料與高分子基體之間互相協同配合，對高分子基體起到增強增韌的效果，從而提高熱界面復合材料整體的強度、韌性等機械強度。

作為本發明的進一步改進，所述金屬納米線包括銀、銅、鎳、金、錫納米線中的一種或多種。進一步優選的，所述金屬納米線為銀納米線。銀的導熱性能最佳，以銀為導熱填料制備的熱界面材料具備更優異的導熱性能。

作為本發明的進一步改進，所述金屬納米線的直徑為30~1000nm，金屬氣凝膠中，線間空隙尺寸為40 nm~10μm，使用該直徑和空隙尺寸的納米線可以保證氣凝膠具有更好的結構穩定性，并保證液態聚合物在填充氣凝膠時較好的流動性。納米線過細或空隙尺寸過大，則易在高分子流體作用下發生斷裂；納米線過粗或空隙尺寸過小，則會導致納米線空間密度提高，導致難以填充高分子聚合物或網絡密度下降。

作為本發明的進一步改進，所述金屬氣凝膠的密度為1~600mg/cm³。使用該密度的金屬氣凝膠可以保證氣凝膠具有更好的結構穩定性，并保證液態聚合物在填充氣凝膠時較好的流動性。氣凝膠密度過小，則熱界面復合材料傳熱性能不佳；氣凝膠密度過大，導致難以填充高分子聚合物或網絡密度下降。

作為本發明的進一步改進，所述導熱填料包括Al₂O₃、AlN、BN、SiC、金剛石粉或石墨粉中的一種或幾種的混合物。進一步的，所述導熱填料為納米填料。進一步的，所述導熱填料的粒徑為10nm~10μm。