[發(fā)明專利]一種石墨烯基高分子熱界面材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110647946.7
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113308800A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 鄭艷梅;黃佳明;李清彪
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D04H1/4318;D01F6/48;D01F1/10
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種石墨烯基高分子熱界面材料及其制備方法，屬于導熱復合材料領域。以大片層、缺陷少的石墨烯為填料，聚偏氟乙烯為基體，同時引入聚乙烯吡咯烷酮作為一種交聯(lián)劑，改善石墨烯與聚合物的界面相容性，從而降低聲子散射程度。采用靜電紡絲技術(shù)來制備復合材料，使石墨烯均勻分散在聚偏氟乙烯中，并且在紡絲過程中，石墨烯由于纖維被接收裝置捕獲而逐漸沉積，形成層層互連的三維傳熱結(jié)構(gòu)，利于聲子在復合材料中快速傳遞，大大提升傳熱性能。得到的復合材料不僅具有較高的導熱系數(shù)，而且表現(xiàn)出良好的電絕緣性能，適合用于電子器件的界面散熱材料。該方法具有工藝簡單、成本低、易于控制等優(yōu)點，具有規(guī)模化應用的潛力。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于導熱復合材料領域，尤其是涉及一種石墨烯基高分子熱界面材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品向微型化、高度集成化、高性能化以及多功能化的飛速發(fā)展，如何有效地消除由高功率集成電路產(chǎn)生的多余熱量，已經(jīng)成為微電子領域的重要挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計，溫度過高已經(jīng)成為器件失效的主要原因，因此若要保證下一代電子設備的高性能和可靠性，需要我們在熱管理領域?qū)崿F(xiàn)重大突破。在電子封裝領域，高分子聚合物復合材料在界面散熱方面起著關(guān)鍵作用，它們具有多功能性、易于加工、成本低、絕緣性能好以及出色的化學穩(wěn)定性等優(yōu)點。然而，聚合物的導熱系數(shù)普遍較低，在室溫下約為0.2W/(m·K)，這主要是由構(gòu)成聚合物的分子鏈的無定形排列導致的。因此，設計出具有高導熱系數(shù)的聚合物復合材料成為近年來的研究熱點。增強聚合物導熱系數(shù)的常規(guī)方法是在其中加入具有高導熱系數(shù)的填料，例如金屬、碳材料或者陶瓷材料等。石墨烯作為目前已知的具有最高導熱系數(shù)的材料，單層石墨烯導熱系數(shù)約為5300W/(m·K)，在導熱填料領域引起廣泛的關(guān)注。中國專利(申請?zhí)枺?02011545541.4)公開一種基于高密度石墨烯互連網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的熱界面材料制備方法，首先借助化學氣相沉積法，以銅粉為犧牲模板，構(gòu)造石墨烯互連網(wǎng)絡骨架結(jié)構(gòu)，然后通過灌膠工藝得到最后的熱界面材料，該方法雖然能保證材料的高導熱性，但是生產(chǎn)工藝較為繁瑣，制備條件要求較高，導致生產(chǎn)成本上升。中國專利(申請?zhí)枺?01911257312.X)發(fā)明采用末端支鏈接枝聚倍半硅氧烷的超支化聚乙烯共聚物對石墨烯進行非共價改性修飾的方法，改善石墨烯在氯仿或四氫呋喃中的分散穩(wěn)定性，由于改性后的石墨烯表面引入硅氧結(jié)構(gòu)，因此可以顯著改善石墨烯與聚二甲基硅氧烷中的相容性，進而提高復合材料的導熱性能，但是這種方法在一定程度上會降低石墨烯本身的導熱性能。張董麗等人(ZhangD.-L.,Zha J.-W.,Li W.-K.,et al.Enhanced thermal conductivity and mechanicalproperty through boron nitride hot string in polyvinylidene fluoride fibersby electrospinning[J].Composites Science and Technology,2018,156:1-7)曾報道過使用靜電紡絲技術(shù)將氮化硼顆粒分散在聚偏氟乙烯基體中，使氮化硼填料隨著纖維沿軸向分布在復合材料中，但是由于氮化硼顆粒尺寸較小，難以形成連續(xù)的傳熱網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，當填充質(zhì)量分數(shù)為30％時，材料導熱性能才得到較大提升，這大大增加成本。阮鯤鵬等人(RuanK.,Guo Y.,Tang Y.,et al.Improved thermal conductivities in polystyrenenanocomposites by incorporating thermal reduced graphene oxide viaelectrospinning-hot press technique[J].Composites Communications,2018,10:68-72.)通過靜電紡絲技術(shù)將石墨烯分散在聚苯乙烯基體中，制備導熱納米材料，由于石墨烯是通過氧化石墨烯還原后得到的，導熱性能較原始石墨烯有所降低，而且石墨烯與聚苯乙烯基體之間存在界面不匹配，因此當填料質(zhì)量分數(shù)達到15％時，復合材料導熱系數(shù)僅為原來的三倍。如何實現(xiàn)在較低填充量下，使導熱復合材料的性能得到較大提升仍是亟待解決的問題。

現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：(1)石墨烯在聚合物中分散困難，難以形成有效的傳熱路徑；(2)石墨烯與聚合物基體界面相容性較差，聲子散射嚴重。

發(fā)明內(nèi)容