高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，特別涉及一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子集成技術(shù)的高速發(fā)展，電子元器件的尺寸、體積正在急劇縮小，由此帶來的散熱困難嚴(yán)重影響到了電子器件的精度和壽命，成為器件微型化的技術(shù)瓶頸，在很大程度上制約了集成技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。有資料顯示，溫度每升高2°C，電子器件的穩(wěn)定性降低約10% ;若達(dá)到50°C，那么其壽命僅為25°C時(shí)的17%左右。因此，對(duì)電子器件進(jìn)行及時(shí)而高效的散熱是其可靠使用的關(guān)鍵。傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料如金屬、無機(jī)陶瓷和金屬氧化物等，雖導(dǎo)熱性良好，但存在諸多缺陷，如單一使用金屬材料難以滿足絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性等要求；無機(jī)陶瓷則存在抗沖擊性能差、不易加工等問題。在科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)日益成長(zhǎng)的當(dāng)下，對(duì)導(dǎo)熱材料的功能多樣性也相應(yīng)提出了更高的要求，如要求導(dǎo)熱材料具有輕質(zhì)、易加工成型、力學(xué)性能佳、耐化學(xué)腐蝕、電絕緣、低成本等優(yōu)良的綜合性能。傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料因自身的局限性(主要表現(xiàn)在單一使用時(shí))已經(jīng)無法滿足工業(yè)和科技的發(fā)展需求，如電子元器件所需的高導(dǎo)熱絕緣柔性聚合物界面材料，以及化工換熱器中具有卓越耐化學(xué)腐蝕的輕質(zhì)導(dǎo)熱聚合物材料等。
[0003]近期，導(dǎo)熱復(fù)合材料以其低成本、易加工、良好的力學(xué)及電絕緣性等優(yōu)勢(shì)而受到廣泛地關(guān)注，其應(yīng)用更是囊括了諸如LED照明、太陽能、微電子、電氣電工、航空航天等領(lǐng)域，形成了一種逐步取代傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料的趨勢(shì)。故而，開發(fā)高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，不僅可實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，且為解決微電子器件的散熱困難提供了重要的材料基礎(chǔ)，從而成為目前導(dǎo)熱材料的研究熱點(diǎn)。
[0004]目前，高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料以填充型為主，即將具有高導(dǎo)熱性填料粒子分散于高分子基體，形成具有優(yōu)異力學(xué)和導(dǎo)熱性能的復(fù)合材料，其導(dǎo)熱能力可用熱導(dǎo)率來衡量，數(shù)值越大表示材料的導(dǎo)熱性能越好。對(duì)于填充型復(fù)合材料而言，熱導(dǎo)率主要取決于高分子基體與導(dǎo)熱填料的本征散熱性能，以及填料的分散狀態(tài)，其中導(dǎo)熱填料在高分子基體中的分散性是影響材料導(dǎo)熱性的重要因素?；诩{米填料的催化效應(yīng)，納米粒子更易在高分子基體內(nèi)部形成導(dǎo)熱通道，降低材料內(nèi)部的孔隙率；相同條件下，比微米粒子更能提高材料的熱導(dǎo)率和力學(xué)性能，且耐疲勞性更優(yōu)。然而，納米粒子的易團(tuán)聚性會(huì)嚴(yán)重阻礙熱量的有效傳遞，故納米粒子的分散問題成為導(dǎo)熱復(fù)合材料研究中的難點(diǎn)。此外，當(dāng)填料用量較少時(shí)，填料粒子之間是彼此孤立的，沒有相互接觸，體系的熱導(dǎo)率無法明顯提高；隨著填料含量的增加，粒子開始相互接觸，當(dāng)超過形成導(dǎo)熱通道的臨界值時(shí)，熱量便能經(jīng)此通道進(jìn)行快速擴(kuò)散，材料的導(dǎo)熱能力顯著提高。
[0005]另外，有研究表明:熱傳遞常見的三種形式即熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射，在不同的場(chǎng)合與條件下，所發(fā)揮的作用也會(huì)隨之改變，如果將不同傳熱方式進(jìn)行優(yōu)化組合，可改善綜合傳熱效能。隨著高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的發(fā)展，在有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料不足的同時(shí)，亦滿足了科技發(fā)展的最新要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，它所采用的技術(shù)方案是:一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，包括銅箔層，還包括位于銅箔層上方的高輻射納米散熱層，以及位于銅箔層下方的背膠層。
[0007]本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)特征是:
所述銅箔層上方的高輻射納米散熱層按重量百分比包括:2~20%樹脂，2-25%石墨烯、
2-25%碳納米管、2~25%碳化硅以及5~30%氮化硼。
[0008]所述樹脂為聚偏氟乙烯或環(huán)氧樹脂或聚氨酯或聚丙烯酸酯。
[0009]所述背膠層為彈性體型壓敏膠或樹脂型壓敏膠或丙烯酸類壓敏膠。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
由于本發(fā)明一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔其有效導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)由高輻射納米散熱層和銅箔層組成，熱量經(jīng)本征導(dǎo)熱性優(yōu)良的銅箔傳導(dǎo)后，基于納米散熱層的高熱輻射性，部分轉(zhuǎn)換為熱輻射，根據(jù)輻射傳熱和溫度間的函數(shù)關(guān)系，熱源溫度越高，輻射散熱效果越顯著，因此高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔最終可實(shí)現(xiàn)高效散熱；高輻射納米散熱層中納米粒子的高比表面積，顯著增加了有效傳熱面積，對(duì)散熱性能的提高發(fā)揮了重要作用。而且銅箔層下方有背膠層，可以方便粘貼在需散熱的電子元件上，因此在電子元件微型化的趨勢(shì)下，高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔能給予電子設(shè)備及時(shí)而高效地散熱，從而顯著提高其穩(wěn)定性與使用壽命。采用導(dǎo)熱儀和手機(jī)實(shí)測(cè)對(duì)納米碳銅箔的散熱效果進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明:其熱擴(kuò)散系數(shù)高達(dá)700.43mm'2/s ;且散熱效果明顯優(yōu)于純銅箔，最大溫差達(dá)到4°C。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1:
一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，包括銅箔層，還包括位于銅箔層上方的高輻射納米散熱層，以及位于銅箔層下方的背膠層，其中所述銅箔層上方的高輻射納米散熱層按重量百分比包括:2%聚偏氟乙烯，25%石墨烯、25%碳納米管25%碳化硅以及23%氮化硼。所述背膠層為彈性體型壓敏膠。
[0012]實(shí)施例2:
一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，包括銅箔層，還包括位于銅箔層上方的高輻射納米散熱層，以及位于銅箔層下方的背膠層，其中所述銅箔層上方的高輻射納米散熱層按重量百分比包括:20%環(huán)氧樹脂、2%石墨烯、23%碳納米管、25%碳化硅以及30%氮化硼。所述背膠層為樹脂型壓敏膠。
[0013]實(shí)施例3:
一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，包括銅箔層，還包括位于銅箔層上方的高輻射納米散熱層，以及位于銅箔層下方的背膠層，其中所述銅箔層上方的高輻射納米散熱層按重量百分比包括:20%聚氨酯、25%石墨烯、2%碳納米管、23%碳化硅以及30%氮化硼。所述背膠層為丙烯酸類壓敏膠。
[0014]實(shí)施例4:
一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，包括銅箔層，還包括位于銅箔層上方的高輻射納米散熱層，以及位于銅箔層下方的背膠層，其中所述銅箔層上方的高輻射納米散熱層按重量百分比包括:20%聚丙烯酸酯、23%石墨烯、25%碳納米管、2%碳化硅以及30%氮化硼。所述背膠層為丙烯酸類壓敏膠。
[0015]實(shí)施例5:
一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，包括銅箔層，還包括位于銅箔層上方的高輻射納米散熱層，以及位于銅箔層下方的背膠層，其中所述銅箔層上方的高輻射納米散熱層按重量百分比包括:20%聚偏氟乙烯，25%石墨烯、25%碳納米管25%碳化硅以及5%氮化硼。所述背膠層為彈性體型壓敏膠。
[0016]實(shí)施例6:
一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，包括銅箔層，還包括位于銅箔層上方的高輻射納米散熱層，以及位于銅箔層下方的背膠層，其中所述銅箔層上方的高輻射納米散熱層按重量百分比包括:10%環(huán)氧樹脂、20%石墨烯、22%碳納米管、20%碳化硅以及28%氮化硼。所述背膠層為樹脂型壓敏膠。
[0017]散熱性能測(cè)試:
熱擴(kuò)散系數(shù):基于NETZSCH LFA 447導(dǎo)熱儀的測(cè)試要求，將實(shí)施例1的納米碳銅箔裁剪成規(guī)定形狀，進(jìn)行熱擴(kuò)散系數(shù)檢測(cè)。與純銅箔材料手機(jī)實(shí)測(cè)對(duì)比:在相同條件下，將所測(cè)另種樣品裁剪成相同形狀后，分別貼于相同型號(hào)手機(jī)的最大發(fā)熱部位表面，并蓋緊后殼。通過Fluke Τ?32紅外線熱成像儀監(jiān)測(cè)手機(jī)升溫過程，每隔十分鐘取樣，共I小時(shí)。
[0018]結(jié)果分析:
導(dǎo)熱儀測(cè)試結(jié)果顯示高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔的熱擴(kuò)散系數(shù)高達(dá)700.43 mm'2/s ;與純銅箔材料間的手機(jī)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比，其中高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔的散熱效果更好，在第10分鐘時(shí)，兩者溫差接近4°C，高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔明顯優(yōu)于純銅箔。
[0019]雖然已經(jīng)在此處描述了【具體實(shí)施方式】，但應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所披露的實(shí)施方式僅僅是本發(fā)明的典型例子而已，其可體現(xiàn)為各種形式。因此，這里披露的具體細(xì)節(jié)不被認(rèn)為是限制性的，而僅僅是作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以實(shí)際中任何恰當(dāng)?shù)姆绞讲煌貞?yīng)用本發(fā)明的代表性的基礎(chǔ)，包括采用這里所披露的各種特征并結(jié)合這里可能沒有明確披露的特征。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，包括銅箔層，其特征在于還包括位于銅箔層上方的高輻射納米散熱層，以及位于銅箔層下方的背膠層。2.如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，其特征在于:所述銅箔層上方的高輻射納米散熱層按重量百分比包括:2~20%樹脂，2~25%石墨烯、2~25%碳納米管、2~25%碳化硅以及5~30%氮化硼。3.如權(quán)利要求2所述的高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，其特征在于:所述樹脂為聚偏氟乙烯或環(huán)氧樹脂或聚氨酯或聚丙烯酸酯。4.如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，其特征在于:所述背膠層為彈性體型壓敏膠或樹脂型壓敏膠或丙烯酸類壓敏膠。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱絕緣納米碳銅箔，包括銅箔層，還包括位于銅箔層上方的高輻射納米散熱層，以及位于銅箔層下方的背膠層。
【IPC分類】C09D175/04, C09D127/16, C09D133/04, H05K7/20, C09J7/02, C09D7/12, C09D163/00
【公開號(hào)】CN105038631
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510492312
【發(fā)明人】屈潔昊
【申請(qǐng)人】嘉興中易碳素科技有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年8月12日