本發(fā)明屬于導(dǎo)熱復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無(wú)線(xiàn)基站、5g通訊設(shè)備等電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子器件日趨出現(xiàn)高功率化和集成化，造成系統(tǒng)內(nèi)熱密度驟升，嚴(yán)重威脅器件的穩(wěn)定性。導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料具有導(dǎo)熱性佳、比強(qiáng)度高、易成型加工等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為界面導(dǎo)熱領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。

2、聚合物本征導(dǎo)熱性差，引入高導(dǎo)熱填料構(gòu)建導(dǎo)熱復(fù)合材料，設(shè)計(jì)連續(xù)導(dǎo)熱通路是提升導(dǎo)熱性能最有效的方法。通過(guò)模板法、冷凍干燥法、機(jī)械拉伸法和磁場(chǎng)誘導(dǎo)等將導(dǎo)熱填料緊密排列構(gòu)建各向異性連續(xù)導(dǎo)熱通路，可以顯著提升導(dǎo)熱性能，但其制備流程復(fù)雜且條件苛刻，難以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用要求。

3、另一方面，一維線(xiàn)狀和管狀導(dǎo)熱填料在復(fù)合體系中的連續(xù)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出較高熱導(dǎo)率，但高長(zhǎng)徑比的一維填料易纏結(jié)，使預(yù)聚液粘度急劇提升，導(dǎo)致界面浸潤(rùn)性下降和界面熱阻驟升；零維球狀填充導(dǎo)熱復(fù)合材料具有預(yù)聚液粘度低、界面熱阻小、制備簡(jiǎn)易和操作便捷等優(yōu)勢(shì)，但球狀結(jié)構(gòu)有效接觸面小，難以形成連續(xù)導(dǎo)熱通路，導(dǎo)熱性能難以進(jìn)一步提升。因此，制備兼顧高熱導(dǎo)率和高機(jī)械柔韌性能的熱界面復(fù)合材料，一直是熱界面復(fù)合材料領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有的導(dǎo)熱復(fù)合材料導(dǎo)熱性能和機(jī)械柔韌性能不足的問(wèn)題，本發(fā)明利用海膽狀分形生長(zhǎng)的金屬導(dǎo)熱填料，利用導(dǎo)熱填料海膽狀形貌的物理嵌合，不僅實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的提升，還能同時(shí)提高復(fù)合材料的機(jī)械柔韌性能。

2、本發(fā)明的目的之一在于提供一種高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料，本發(fā)明提供的高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料具有高導(dǎo)熱系數(shù)，高韌性和高拉升強(qiáng)度等特征。

3、本發(fā)明的另一目的之一在于提供上述高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料的制備方法。

4、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料，該熱界面復(fù)合材料包括基體樹(shù)脂和金屬導(dǎo)熱填料；進(jìn)一步地，所述熱界面復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)大于8.0w/mk，并且在寬溫度范圍內(nèi)保持較高的機(jī)械柔韌性。

5、進(jìn)一步地，所述基體樹(shù)脂包括有機(jī)硅樹(shù)脂、固化劑、催化劑和功能助劑，所述導(dǎo)熱填料為分形生長(zhǎng)的金屬納米顆粒。

6、進(jìn)一步地，所述有機(jī)硅樹(shù)脂包括直鏈乙烯基硅樹(shù)脂、支鏈乙烯基硅樹(shù)脂、改性硅樹(shù)脂或硅凝膠中的一種或至少兩種的組合。

7、進(jìn)一步地，所述固化劑為羥基硅油、乙烯基硅油、含氫硅油或苯基硅油中的一種或至少兩種的組合。

8、進(jìn)一步地，所述催化劑為氯鉑酸與異丙醇或二乙烯基四甲基硅氧烷或鄰苯二甲酸二乙酯絡(luò)合物中的至少一種。

9、進(jìn)一步地，所述功能助劑為增稠劑、抗老化劑、抗蝕劑、阻燃劑中的一種或至少兩種的組合。

10、進(jìn)一步地，所述金屬導(dǎo)熱填料為金、銀、銅、鋁、鐵、鋅、鎳納米顆粒中的至少一種。

11、進(jìn)一步地，所述金屬導(dǎo)熱填料分形生長(zhǎng)形貌為球形和海膽形。

12、進(jìn)一步地，所述有機(jī)硅樹(shù)脂與導(dǎo)熱填料的質(zhì)量比為5~20:1，所述固化劑在基體樹(shù)脂中的質(zhì)量份數(shù)為1%~5%，所述催化劑在基體樹(shù)脂中的質(zhì)量份數(shù)為0.05%~2%，所述功能助劑在基體樹(shù)脂中的質(zhì)量份數(shù)為0.1%~5%。

13、一種高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為：

14、（1）分形生長(zhǎng)金屬導(dǎo)熱填料的制備

15、1）配置電解液：金屬硝酸鹽作為電沉積金屬鹽，式(ⅰ-ⅰ)和(ⅰ-ⅱ)結(jié)構(gòu)離子液體分別作為添加劑，二甲基亞砜為溶劑；

16、

17、進(jìn)一步地，所述式(ⅰ-ⅰ)和(ⅰ-ⅱ)結(jié)構(gòu)離子液體添加劑的合成，具體步驟為：

18、將氯甲基乙醚的乙腈溶液a滴入式ⅱ或ⅲ所示的中間產(chǎn)物的乙腈溶液b中，于60~90℃反應(yīng)12~24h后再經(jīng)后處理得到式(ⅰ-ⅰ)或(ⅰ-ⅱ)所示結(jié)構(gòu)的離子液體添加劑；所述式ⅱ或ⅲ所示的中間產(chǎn)物與氯甲基醚的投料物質(zhì)的量之間的比例為1:1.0~5.0；

19、

20、進(jìn)一步地，式(ⅰ-ⅰ)和(ⅰ-ⅱ)結(jié)構(gòu)離子液體添加劑的合成步驟中，所述溶液a中乙腈的體積用量以式ⅱ或ⅲ所示的中間產(chǎn)物的質(zhì)量記為10~20ml/g；

21、進(jìn)一步地，式(ⅰ-ⅰ)和(ⅰ-ⅱ)結(jié)構(gòu)離子液體添加劑的合成步驟中，所述溶液b中乙腈的體積用量以氯甲基乙醚的質(zhì)量記為1~5ml/g；

22、進(jìn)一步地，式(ⅰ-ⅰ)和(ⅰ-ⅱ)結(jié)構(gòu)離子液體添加劑的合成步驟中，所述后處理方法為：將反應(yīng)液減壓蒸出溶劑乙腈，剩余混合物用乙醚充分洗滌三次，減壓蒸出溶劑充分干燥，得到式(ⅰ-ⅰ)或(ⅰ-ⅱ)所示結(jié)構(gòu)的離子液體添加劑。

23、2）電沉積：用ito導(dǎo)電玻璃分別作為陰極和陽(yáng)極，在電解槽中電沉積步驟1）所配包含式(ⅰ-ⅰ)和(ⅰ-ⅱ)結(jié)構(gòu)離子液體添加劑的電解液，進(jìn)行電沉積分別得到球形和海膽形金屬納米顆粒，洗滌分散于四氫呋喃溶液中備用。

24、進(jìn)一步地，電沉積步驟中，所述ito導(dǎo)電玻璃的長(zhǎng)度為5~50cm，寬度為3~20cm，厚度為0.5~5mm，方塊電阻為1~100ω/cm2。

25、進(jìn)一步地，所述陰極與陽(yáng)極之間的距離為0.02~1.0cm。

26、進(jìn)一步地，所述電解液中離子液體添加劑的濃度為10~200mg/ml，所述金屬硝酸鹽的濃度為50~150mg/ml，所述電解液的總量為50~300ml。

27、進(jìn)一步地，所述電沉積電壓為5~20v，所述電流密度為10~100ma/cm2。

28、本發(fā)明所述的能夠通過(guò)電沉積包含式(ⅰ-ⅰ)或(ⅰ-ⅱ)所示結(jié)構(gòu)離子液體添加劑的電解液，制備得到分形生長(zhǎng)形狀為球狀或海膽狀的納米金屬顆粒導(dǎo)熱填料。

29、（2）高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料的制備

30、將有機(jī)硅樹(shù)脂、固化劑和催化劑混合攪拌10～60分鐘獲得樹(shù)脂前驅(qū)體，再加入球形或海膽形金屬納米顆粒導(dǎo)熱填料，攪拌10～60分鐘，再將其涂抹成1～15mm厚的薄膜，50～140℃固化5～60分鐘，即得到所述高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料。

31、進(jìn)一步地，所述攪拌速度為100~800rmp。

32、本發(fā)明所述的制備得到熱界面復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)大于8.0w/mk，并且在寬溫度范圍內(nèi)保持較高的機(jī)械柔韌性。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)：

34、本發(fā)明采用分形生長(zhǎng)形貌為海膽狀的金屬導(dǎo)熱填料，基于海膽狀填料的高比表面積和物理嵌合作用，提供的熱界面復(fù)合材料易于制備，同時(shí)具備高達(dá)8.0w/mk的熱導(dǎo)率和優(yōu)異的機(jī)械柔韌性能，同時(shí)具有能耗低、工藝簡(jiǎn)單和安全環(huán)保等特點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料，其特征在于，該熱界面復(fù)合材料由基體樹(shù)脂和金屬導(dǎo)熱填料組成，所述基體樹(shù)脂包括有機(jī)硅樹(shù)脂、固化劑、催化劑和功能助劑，所述導(dǎo)熱填料為分形生長(zhǎng)的金屬納米顆粒；且所述熱界面復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)大于8.0w/mk。

2.如權(quán)利要求1所述的高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料，其特征在于，所述分形生長(zhǎng)的金屬納米顆粒形貌為球形和海膽形。

3.如權(quán)利要求1所述的高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料，其特征在于，所述有機(jī)硅樹(shù)脂為直鏈乙烯基硅樹(shù)脂、支鏈乙烯基硅樹(shù)脂、改性硅樹(shù)脂或硅凝膠中的至少一種，所述有機(jī)硅樹(shù)脂與導(dǎo)熱填料的質(zhì)量比為5~20:1；

4.如權(quán)利要求1所述的高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料，其特征在于，所述金屬導(dǎo)熱填料為金、銀、銅、鋁、鐵、鋅、鎳納米顆粒中的至少一種。

5.高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

6.如權(quán)利要求5所述的高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述式(ⅰ-ⅰ)和(ⅰ-ⅱ)結(jié)構(gòu)離子液體添加劑的合成，具體步驟為：

7.?如權(quán)利要求5所述的高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，式(ⅱ)所示的中間產(chǎn)物制備如下：在25℃下，嗎啉與koh在ch3cn中攪拌3?h，然后將1-氯甲基乙醚加入混合物中，在回流條件下繼續(xù)反應(yīng)48?h；反應(yīng)混合物使用旋轉(zhuǎn)減壓蒸發(fā)法去除揮發(fā)性溶劑ch3cn，在殘余物中加入ch2cl2，用水萃取三次，用無(wú)水na2so4徹底干燥有機(jī)相；收集的有機(jī)相濾液通過(guò)旋轉(zhuǎn)減壓蒸發(fā)法去除溶劑，然后用乙醚徹底洗滌三次，除去乙醚得到的固體產(chǎn)物最后在45?℃的動(dòng)態(tài)真空烘箱中干燥24?h，得到式(ⅱ)所示的中間產(chǎn)物。

8.?如權(quán)利要求5所述的高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，式(ⅲ)所示的中間產(chǎn)物制備如下：在25℃下，吡咯烷與koh在ch3cn中攪拌3?h，然后將1-氯甲基乙醚加入混合物中，在回流條件下繼續(xù)反應(yīng)48?h；反應(yīng)混合物使用旋轉(zhuǎn)減壓蒸發(fā)法去除揮發(fā)性溶劑ch3cn，在殘余物中加入ch2cl2，用水萃取三次，用無(wú)水na2so4徹底干燥有機(jī)相；收集的有機(jī)相濾液通過(guò)旋轉(zhuǎn)減壓蒸發(fā)法去除溶劑，然后用乙醚徹底洗滌三次，除去乙醚得到的固體產(chǎn)物最后在45?℃的動(dòng)態(tài)真空烘箱中干燥24?h，得到式(ⅲ)所示的中間產(chǎn)物。

9.如權(quán)利要求5所述的高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，電沉積步驟中，所述ito導(dǎo)電玻璃的長(zhǎng)度為5~50cm，寬度為3~20cm，厚度為0.5~5mm，方塊電阻為1~100ω/cm2；所述陰極與陽(yáng)極之間的距離為0.02~1.0cm；所述電解液中離子液體添加劑的濃度為10~200mg/ml，所述金屬硝酸鹽的濃度為50~150mg/ml，所述電解液的總量為50~300ml；所述電沉積電壓為5~20v，所述電流密度為10~100ma/cm2。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明制備的熱界面復(fù)合材料由基體樹(shù)脂和金屬導(dǎo)熱填料組成，基體樹(shù)脂包括有機(jī)硅樹(shù)脂、固化劑、催化劑和功能助劑；導(dǎo)熱填料為分形生長(zhǎng)的金屬納米顆粒。本發(fā)明將有機(jī)硅樹(shù)脂、固化劑和催化劑混合攪拌獲得樹(shù)脂前驅(qū)體，再加入球形或海膽形金屬納米顆粒導(dǎo)熱填料后攪拌，再將其涂抹成薄膜，一定溫度固化，即得到所述高韌高導(dǎo)熱系數(shù)熱界面復(fù)合材料。本發(fā)明采用分形生長(zhǎng)形貌為海膽狀的金屬導(dǎo)熱填料，基于海膽狀填料的高比表面積和物理嵌合作用，提供的熱界面復(fù)合材料易于制備，同時(shí)具備高達(dá)8.0W/mK的熱導(dǎo)率和優(yōu)異的機(jī)械柔韌性能，同時(shí)具有能耗低、工藝簡(jiǎn)單和安全環(huán)保特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張慶華,侯曉,任勇源,劉權(quán),陳明洲,詹曉力
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17