一種石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)熱硅膠技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)熱硅膠是一種高端的導(dǎo)熱化合物，以其不會固體化、不會導(dǎo)電的特性可以避免諸如電路短路等風(fēng)險。并且，導(dǎo)熱硅膠的高粘結(jié)性能和超強(qiáng)的導(dǎo)熱效果是目前CPU、GPU和散熱器接觸時最佳的導(dǎo)熱解決方案。
[0003]導(dǎo)熱硅膠是利用導(dǎo)熱填料在高分子基體材料內(nèi)均勻填充，以提高其導(dǎo)熱性能。常用的高導(dǎo)熱填料主要是陶瓷、金屬等。而這些傳統(tǒng)的導(dǎo)熱填料的填充有許多缺點(diǎn)，比如需要高的填充量才能達(dá)到比較高的熱導(dǎo)率，從而嚴(yán)重影響了硅膠的機(jī)械性能，再者高的填充量也增加了成本。
[0004]石墨稀(Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。它是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。這種只有一個碳原子厚度的石墨烯材料，是世界上最薄、也是最堅硬的納米材料，只吸收2.3%的光，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m.K，高于碳納米管(3000W/m.K)和金剛石(2300W/πι.Κ)，并且這樣的二維結(jié)構(gòu)具有超大的比表面積以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性。這些良好的性質(zhì)使得基于石墨烯的材料成為一種理想的導(dǎo)熱材料，廣泛應(yīng)用于電子、通信、照明、航空及國防軍工等許多領(lǐng)域。但是，石墨烯極容易團(tuán)聚，在填充基體內(nèi)部會因?yàn)閳F(tuán)聚而影響導(dǎo)熱通路的形成。
[0005]另外，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對能源的需求日益增加。為此，人們開始尋找綠色可再生能源去取代地球上日趨匱乏的資源，例如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿取Ｈ欢?，這些能源的間歇性給人類的利用帶來極大不便，如何將能源進(jìn)行很好的儲存就顯得尤為重要。
[0006]但是，現(xiàn)有的導(dǎo)熱硅膠熱導(dǎo)率普遍較低，同時潛熱很低，在導(dǎo)熱的同時不能儲存能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料及其制備方法，本發(fā)明提供的石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料的熱導(dǎo)率較高，并且在導(dǎo)熱的同時還可以儲存能量。
[0008]本發(fā)明提供了一種石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料，包括:
[0009]硅膠基體以及分散于所述硅膠基體內(nèi)部導(dǎo)熱相變材料；
[0010]所述導(dǎo)熱相變材料包括導(dǎo)熱填料和微膠囊相變材料；所述導(dǎo)熱填料選自石墨稀、氧化鋁粉末、氮化鋁粉末和碳納米管中的一種或多種。
[0011]優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱相變材料與硅膠基體的質(zhì)量比為(50?70): (30?50)。
[0012]優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱填料和微膠囊相變材料的質(zhì)量比為(15?50): (20?32)。
[0013]優(yōu)選的，所述微膠囊相變材料是由芯材和壁材組成的核殼結(jié)構(gòu)，所述壁材為高分子聚合物，所述芯材為相變材料和石墨烯的混合物。
[0014]優(yōu)選的，所述氧化鋁粉末為經(jīng)過表面改性的氧化鋁粉末，所述氮化鋁粉末為經(jīng)過表面改性的氮化鋁粉末。
[0015]優(yōu)選的，所述氧化鋁粉末選自粒徑為1?70 μ m的氧化鋁混合粉末。
[0016]優(yōu)選的，所述硅膠為A/B雙組份硅膠，所述A/B雙組份硅膠選自SEMICOSIL 9212A/B型A/B雙組份硅膠、SilGel 612A/B型A/B雙組份硅膠、SEMICOSIL 905A/B型A/B雙組份硅膠或SilGel 614A/B型A/B雙組份硅膠。
[0017]優(yōu)選的，所述微膠囊相變材料的制備方法為界面聚合法或原位聚合法。
[0018]本發(fā)明還提供了一種石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0019]將導(dǎo)熱填料、微膠囊相變材料以及硅膠混合脫泡后固化，得到石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料，所述導(dǎo)熱填料選自石墨烯、氧化鋁粉末、氮化鋁粉末和碳納米管中的一種或多種。
[0020]優(yōu)選的，所述固化的溫度為120?130°C，所述固化的時間為10?60min。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料，包括:硅膠基體以及分散于所述硅膠基體內(nèi)部導(dǎo)熱相變材料；所述導(dǎo)熱相變材料包括導(dǎo)熱填料和微膠囊相變材料；所述導(dǎo)熱填料選自石墨烯、氧化鋁粉末、氮化鋁粉末和碳納米管中的一種或多種。本發(fā)明通過向硅膠中添加石墨烯與其他種類導(dǎo)熱填料，改善了石墨烯的團(tuán)聚現(xiàn)象，并且通過導(dǎo)熱填料間協(xié)同效應(yīng)，可以在硅膠中形成完整的導(dǎo)熱通路，提高了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。并且，在硅膠內(nèi)部加入微膠囊相變材料，提高了復(fù)合硅膠材料的潛熱，在導(dǎo)熱的同時可以儲存一部分熱量。
[0022]結(jié)果表明，本發(fā)明提供的石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為5?8W/(m.K)，儲存能量值為70?85KJ/KG。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提供了一種石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料，包括:
[0024]硅膠基體以及分散于所述硅膠基體內(nèi)部導(dǎo)熱相變材料；
[0025]所述導(dǎo)熱相變材料包括導(dǎo)熱填料和微膠囊相變材料；所述導(dǎo)熱填料選自石墨稀、氧化鋁粉末、氮化鋁粉末或碳納米管。
[0026]本發(fā)明提供的石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料包括硅膠基體，本發(fā)明對所述硅膠基體的種類和來源并沒有特殊限制，一般市售即可。在本發(fā)明中，所述硅膠優(yōu)選為A/B雙組份硅膠，所述A/B雙組份硅膠選自SEMICOSIL 9212A/B型A/B雙組份硅膠、SilGel 612A/B型A/B雙組份硅膠、SEMICOSIL 905A/B型A/B雙組份硅膠或SilGel 614A/B型A/B雙組份硅膠。本發(fā)明所述的A/B雙組份硅膠優(yōu)選為德國瓦克公司生產(chǎn)的A/B雙組份硅膠。所述A/B雙組份硅膠A為硅膠，B為固化劑，不用額外添加固化劑，其用量比例為1:1。
[0027]本發(fā)明提供的石墨烯基導(dǎo)熱硅膠相變復(fù)合材料還包括分散于所述硅膠基體內(nèi)部導(dǎo)熱相變材料。其中，所述導(dǎo)熱相變材料與硅膠基體的質(zhì)量比為(50?70): (30?50)，在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱相變材料與硅膠基體的質(zhì)量比為70:30，在本發(fā)明的另一些具體實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱相變材料與硅膠基體的質(zhì)量比為50:50o
[0028]在本發(fā)明中，所述導(dǎo)熱相變材料包括導(dǎo)熱填料和微膠囊相變材料。
[0029]本發(fā)明中，所述的導(dǎo)熱填料選自石墨烯、氧化鋁粉末、氮化鋁粉末和碳納米管中的一種或多種。優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱填料包括氧化鋁粉末、氮化鋁粉末和碳納米管中的一種或多種的粉末材料以及石墨稀。在本發(fā)明中，所述石墨稀粉末優(yōu)選為0.8-1 μπι和/或7-10 μπι兩種尺寸的石墨烯。所述氧化鋁粉末、氮化鋁粉末和碳納米管中的一種或多種的粉末材料以及石墨稀的質(zhì)量比優(yōu)選為(3?5):1。
[0030]在本發(fā)明中，所述氧化鋁粉末優(yōu)選為經(jīng)過表面改性的氧化鋁粉末，本發(fā)明對所述表面改性的方法并沒有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的表面改性的方法即可。本發(fā)明優(yōu)選按照如下方法對氧化鋁粉末進(jìn)行表面改性:
[0031]以水作溶劑，將氧化鋁粉末與偶聯(lián)劑混合后，依次經(jīng)過超聲、離心和干燥處理，得到表面經(jīng)改性的氧化鋁粉末。
[0032]其中，所述氧化鋁粉末優(yōu)選為粒徑范圍為1?70 μπι的氧化鋁粉末，采用上述粒徑不均一的氧化鋁粉末可以使氧化鋁顆粒之間有效接觸從而制備得到的復(fù)合材料具有更高的導(dǎo)熱率。所述偶聯(lián)劑優(yōu)選為硅烷偶聯(lián)劑，更優(yōu)選為型號為ΚΗ570的硅烷偶聯(lián)劑。所述氧化鋁粉末與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比優(yōu)選為(8?10):1。
[0033]本發(fā)明對所述超聲、離心和干燥的方法并沒有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的超聲、離心和干燥的方法即可。
[0034]所述氮化鋁粉末優(yōu)選為經(jīng)過表面改性的氮化鋁粉末，本發(fā)明對所述表面改性的方法并沒有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的表面改性的方法即可。本發(fā)明優(yōu)選按照如下方法對氮化鋁粉末進(jìn)行表面改性:
[0035]在0°C水浴條件下，將氮化鋁顆粒分散于氫氧化鈉溶液中，水浴超聲，離心，乙醇洗滌后經(jīng)偶聯(lián)劑處理，干燥后得到表面改性的氮化鋁粉末。
[0036]在本發(fā)明中，所述氮化鋁顆粒優(yōu)選為粒徑為4 μ m的氮化鋁顆粒，所述偶聯(lián)劑優(yōu)選為硅烷偶聯(lián)劑，更優(yōu)選為型號為KH550或KH570的硅烷偶聯(lián)劑，所述氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為30wt%。所述氮化鋁顆粒與所述偶聯(lián)劑的質(zhì)量比優(yōu)選為(8?10):1。
[0037]在本發(fā)明中，所述水浴超聲的時間優(yōu)選為20?30min。本發(fā)明對所述離心、乙醇洗滌以及偶聯(lián)劑處理的方法并沒有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的處理方法即可。
[0038]本發(fā)明所述的導(dǎo)熱相變材料中的導(dǎo)熱填料還可以為碳納米管，所述碳納米管優(yōu)選為多壁碳納米管。
[0039]本發(fā)明所選用的所述導(dǎo)熱相變材料中還包括微膠囊相變材料，本發(fā)明對所述微膠囊相變材料的種類并沒有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的微膠囊相變材料即可。在本發(fā)明中，所述微膠囊相變材料是由壁材和芯材組成的核殼結(jié)構(gòu)，其中壁材為高分子聚合物，芯材為相變材料和石墨烯的混合物。其中，所述芯材中石墨烯的尺寸優(yōu)