CN101372614A - 碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法 - Google Patents

碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101372614A
CN101372614A CNA2007100765713A CN200710076571A CN101372614A CN 101372614 A CN101372614 A CN 101372614A CN A2007100765713 A CNA2007100765713 A CN A2007100765713A CN 200710076571 A CN200710076571 A CN 200710076571A CN 101372614 A CN101372614 A CN 101372614A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nano
tube array
conducting fin
composite heat
array composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007100765713A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101372614B (zh
Inventor
罗春香
刘亮
姜开利
刘长洪
范守善
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd filed Critical Tsinghua University
Priority to CN2007100765713A priority Critical patent/CN101372614B/zh
Priority to US12/005,022 priority patent/US9023477B2/en
Priority to JP2008206163A priority patent/JP4991657B2/ja
Publication of CN101372614A publication Critical patent/CN101372614A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101372614B publication Critical patent/CN101372614B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
    • C08K7/24—Expanded, porous or hollow particles inorganic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/005—Reinforced macromolecular compounds with nanosized materials, e.g. nanoparticles, nanofibres, nanotubes, nanowires, nanorods or nanolayered materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/70—Nanostructure
    • Y10S977/734—Fullerenes, i.e. graphene-based structures, such as nanohorns, nanococoons, nanoscrolls or fullerene-like structures, e.g. WS2 or MoS2 chalcogenide nanotubes, planar C3N4, etc.
    • Y10S977/742—Carbon nanotubes, CNTs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/269—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension including synthetic resin or polymer layer or component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

本发明涉及一种碳纳米管阵列复合导热片，该碳纳米管阵列复合导热片包括多个碳纳米管和高分子材料。本发明还涉及一种碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，该方法包括以下步骤：提供一形成于一基底的碳纳米管阵列和一高分子前驱体溶液；将上述两种物质混合，形成一高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体；沿着平行于基底的方向挤压上述混合体，形成一高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体；聚合上述混合体中的高分子前驱体，形成高密度碳纳米管阵列复合材料；对该高密度碳纳米管阵列复合材料进行切片，从而形成碳纳米管阵列复合导热片。本发明的碳纳米管阵列复合导热片具有优异的导热性能，可广泛地应用于导热领域。

Description

碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管复合热界面材料及其制备方法，尤其涉及一种碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法。
背景技术
自1991年日本NEC公司的Iijima发现碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)以来(Iilima S.，Nature，vol 354，p56(1991))，立即引起科学界及产业界的极大重视。碳纳米管具有优良的机械和光电性能，被认为是复合材料的理想添加物。碳纳米管/聚合物复合材料首次报道后已成为世界科学研究的热点(Ajayan PM.，Stephan O.，Colliex C.，Tranth D.，Science.，vol 265，p 1212(1994):Calvert P.，Nature，vol 399，p210(1999))。碳纳米管作为增强体和导电体，形成的复合材料具有抗静电，吸收微波和屏蔽电磁等性能，具有广泛的应用前景。
碳纳米管复合材料的制备方法通常有原位聚合法、溶液共混法和熔体共混法。原位聚合法是利用碳纳米管表面的官能团参与聚合或利用引发剂打开碳纳米管的π键，使其参与聚合反应而达到与有机相的良好相容。溶液共混一般是把碳纳米管分散到聚合物的溶剂中，再将聚合物溶入其中，加工成型后将溶剂清除，从而制得复合材料。融体共混法是把碳纳米管与聚合物基体材料在大于基体材料熔点的温度下熔融并均匀混合而得到碳纳米管复合材料。
由于碳纳米管具有优异的机械强度和热导率，利用定向排列的碳纳米管阵列结构，可制备性能优异的碳纳米管导热材料和碳纳米管复合增强材料。碳纳米管对复合材料的导热性能和机械性能增强效果与碳纳米管在复合材料中的密度相关。
目前，碳纳米管复合热界面材料中的碳纳米管阵列一般采用化学气相沉积(CVD)方法制备。然而，CVD方法直接生长所得到的碳纳米管阵列中的碳纳米管的密度小于0.01克每立方厘米(g/cm3)，在微观上看是较为松散的，碳纳米管之间的间距大于碳纳米管自身直径的数倍。而且CVD法直接生长所得到的碳纳米管阵列受CVD方法生长的限制，在其阵列中碳纳米管的密度基本上是确定的，无法任意调控。以该低密度碳纳米管阵列制备的碳纳米管复合热界面材料，由于其中碳纳米管导热通道的密度太低，从而使得其在导热或复合材料等应用中并没有达到理想的效果。
对上述的低密度碳纳米管阵列复合热界面材料进行切片，所制备的碳纳米管阵列复合导热片，同样由于其中的碳纳米管导热通道的密度较低，所以该碳纳米管阵列复合导热片的导热系数较低，从而阻碍了碳纳米管阵列复合导热片在导热领域的广泛应用。
因此，确有必要提供一种碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法，该碳纳米管阵列复合导热片中的碳纳米管的密度较高、排列紧密且定向排列；所述的制备方法工序简单且制备的碳纳米管阵列复合导热片中的碳纳米管的密度可以控制。
发明内容
一种碳纳米管阵列复合导热片，该碳纳米管阵列复合导热片包括多个碳纳米管和高分子材料，其中的多个碳纳米管以阵列形式排列，高分子材料填充在上述的多个碳纳米管之间的间隙中，上述的碳纳米管排列紧密且定向排列，碳纳米管阵列复合导热片中的碳纳米管的密度为0.1～2.2g/cm3。
所述的碳纳米管阵列复合导热片的厚度为20微米～5毫米。在碳纳米管阵列复合导热片中的碳纳米管两端开口，且碳纳米管的两端从碳纳米管阵列复合导热片中露出。
一种碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其包括以下步骤:提供一形成于一基底的碳纳米管阵列和一高分子前驱体溶液；将碳纳米管阵列和高分子前驱体溶液混合，形成一高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体；沿着平行于基底的方向挤压该高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体，形成一高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体；聚合高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体中的高分子前驱体，形成高密度碳纳米管阵列复合材料；对该高密度碳纳米管阵列复合材料进行切片，从而形成碳纳米管阵列复合导热片。
与现有技术相比较，所述的碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法具有以下优点:其一，所述的碳纳米管阵列复合导热片中，碳纳米管排列紧密且定向排列，其中的碳纳米管的密度可根据需要控制为CVD法直接生长所得到的碳纳米管阵列复合导热片的10～200倍，即导热片中碳纳米管导热通道的密度提高了10～200倍，从而该碳纳米管阵列复合导热片具有优异的导热性能，可广泛地应用于导热领域；其二，所述的碳纳米管阵列复合导热片中，由于碳纳米管之间紧密地填充高分子材料，使得碳纳米管之间连接稳定，比纯碳纳米管阵列的力学性能更为优良；其三，所述的碳纳米管阵列复合导热片中的碳纳米管两端开口，且碳纳米管的两端从碳纳米管阵列复合导热片中露出；其四，所述的制备方法工序简单且制备的碳纳米管阵列复合导热片中的碳纳米管的密度可以控制。
附图说明
图1是本发明实施例碳纳米管阵列复合导热片的制备方法的流程示意图。
图2是本发明实施例碳纳米管阵列复合导热片的挤压装置的结构示意图。
图3是本发明实施例碳纳米管阵列复合导热片的制备过程的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例，对本技术方案作进一步的详细说明。
请参阅图1，本技术方案实施例提供了一种碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其具体包括以下步骤:
(一)提供一形成于一基底的碳纳米管阵列和一高分子前驱体溶液。
制备该碳纳米管阵列的方法为化学气相沉积法。本实施例中碳纳米管阵列的制备过程具体为:
首先，提供一基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用石英片，此外还可选用玻璃，本实施例优选为采用4英寸的硅基底；
其次，在基底上沉积一个催化剂层，催化剂可以选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或者其任意组合的合金之一，本实施例优选为铁作催化剂，所形成的催化剂薄膜的厚度为0.5～5纳米(nm)，本实施例优选为1nm厚度铁催化剂薄膜，此外，形成催化剂层的方法还可以是电子束蒸发或磁控溅射；
再次，将沉积有催化剂层的基底放置在空气中，在300℃下退火0.2～12h，催化剂层经退火后形成氧化颗粒；
再次，将基底放置在低压反应炉中，通入保护气体，在保护气体的保护下加热至一个预定温度，一般为600～1000℃。保护气体为惰性气体或氮气，优选地，保护气体为氩气；
再次，通入碳源气与载气的混合气体，反应0.1～2小时生长出碳纳米管阵列。其中，碳源气为碳氢化合物，可为乙炔、乙烯、甲烷等，优选地，碳源气为乙炔；载气为惰性气体或者氢气，优选地，载气为氢气。
该碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列，由于生成的碳纳米管长度较长，部分碳纳米管会相互缠绕。通过控制上述生长条件，该超顺排碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。可以理解，本实施例提供的碳纳米管阵列不限于上述制备方法。本实施例提供的碳纳米管阵列包括单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列及多壁碳纳米管阵列中的一种。
其中，高分子前驱体溶液为由硅橡胶、灌封胶、环氧树脂及石腊中的一种或它们的组合组成的溶液之一。可以理解，本技术方案中所涉及的高分子前驱体溶液并不仅限于上述的溶液，只要是通过低粘度的前驱体固化方式聚合的高分子材料、或者是通过溶解或熔化的方式形成的低粘度液体的高分子材料均可。
本实施方式采用的高分子前驱体溶液为硅橡胶溶液。该硅橡胶溶液的制备方法为在硅橡胶中加入适量乙酸乙酯稀释，搅拌均匀后，形成一种硅橡胶的溶液。
(二)将碳纳米管阵列和高分子前驱体溶液混合，形成一高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体。
其中，将碳纳米管阵列和高分子前驱体溶液混合为在一挤压装置中进行混合。请参阅图2，本实施例中所述的挤压装置10包括一上压板12，一下压板14，两个第一侧板16，两个第二侧板18。上述的两个第一侧板16与上述的两个第二侧板18设置于上压板12和下压板14之间，并在上压板12和下压板14之间的中心位置形成一空腔22。上压板12通过螺丝24对称地固定于下压板14上，上压板12的面积与下压板14相等。进一步地，两个第一侧板16沿第一方向对称地分布在空腔22的两侧；两个第二侧板18沿第二方向对称地分布在空腔22的另外两侧，其中，上述的第一方向与第二方向相互垂直。
本实施例中，将碳纳米管阵列40和高分子前驱体溶液50混合包括以下步骤:将上述碳纳米管阵列40连同基底30放置于挤压装置10的空腔22中，之后，将高分子前驱体溶液50倒入放置有碳纳米管阵列40的挤压装置10空腔22中进行混合后，形成一高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60。
其中，将一碳纳米管阵列40连同基底30直接放置于上述挤压装置10的空腔22中，具体的，先将上述的两个第一侧板16和两个第二侧板18放置在下压板14上，在下压板14的中心位置形成一空腔22，再将碳纳米管阵列40连同基底30直接放置到上述的空腔22中，再将高分子前驱体溶液50倒入放置有碳纳米管阵列40的挤压装置空腔22中，之后将再将上压板12固定到下压板14上。
其中，将高分子前驱体溶液50倒入挤压装置10空腔22中后，进一步还包括一抽真空的过程。其包括以下步骤:首先将放置于挤压装置10空腔22中的碳纳米管阵列40浸没在高分子前驱体溶液50中；之后，将挤压装置10放入真空室抽真空，真空度小于0.2大气压(atm)，真空度和抽真空的时间可根据实际需要进行选择，抽真空过程可以使得碳纳米管阵列40中的气泡膨胀，从而浮出液面；待碳纳米管阵列40中的空气排净后，高分子前驱体溶液50便可充分填充碳纳米管之间的间隙，使得高分子前驱体溶液50和碳纳米管阵列40形成良好的混合，从而形成一种高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60。
可以理解，本发明所述的制备高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体的步骤并不仅限于上述的制备步骤，其还可为将碳纳米管阵列40和高分子前驱体溶液50放入其他装置如表面皿等浅碟状容器中进行混合、抽真空等步骤，在上述混合及抽真空步骤完成后，高分子前驱体溶液50会充分浸入碳纳米管阵列40，形成一高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60。
(三)沿着平行于基底的方向挤压高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60，形成一高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70。
本实施例中，根据制备的高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60的方法不同，形成一高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70的具体制备过程也不同。在一挤压装置10中将碳纳米管阵列40和高分子前驱体溶液50混合，制备得到高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60，可以在该挤压装置10中直接沿着平行于基底的方向挤压高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60，从而得到高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70。此外，还可将碳纳米管阵列40和高分子前驱体溶液50放入其他装置如表面皿等浅碟状容器中进行混合、抽真空等步骤，形成一高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60；之后，将上述的高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60放入挤压装置10中，沿着平行于基底的方向挤压高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60，从而得到高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70。
请参阅图3，对挤压装置10中的高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60进行挤压的过程包括:用第一侧板16沿着第一方向相对移动，对高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60进行挤压；之后，用第二侧板18沿着第二方向相对移动，对高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60进行挤压。
所述的用第一侧板16沿着第一方向相对移动，对高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60进行挤压，包括以下步骤:首先通过两个第二侧板18固定设置在挤压装置10的空腔22中的高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60，之后通过两个第一侧板16沿着第一方向相对移动，对高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60进行挤压，随着挤压形变程度的增大，上述高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60中的碳纳米管之间的间距在第一方向上减小。
所述的用第二侧板18沿着第二方向相对移动，对高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60进行挤压，包括以下步骤:用两个第一侧板16把上述挤压后的高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60固定，通过两个第二侧板18沿着第二方向相对移动，对上述挤压后的高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60进行挤压，随着挤压形变程度的增大，上述挤压后的高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60中的碳纳米管之间的间距在第二方向上减小。
其中，通过对上述的高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60的挤压使得高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体60中的碳纳米管的密度达到预先设定的密度，从而形成高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70。该预先设定的密度可根据实际需要进行选择。
可以理解，碳纳米管阵列40中的碳纳米管之间的间距随着挤压形变的增大而减小；碳纳米管阵列40中的碳纳米管的密度随着挤压形变的增大而增加。因此，本实施例可通过控制对碳纳米管阵列40施加的挤压形变的程度的大小，进而控制所述的高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70中碳纳米管的密度。
本实施例获得的高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70的碳纳米管的密度为CVD法直接生长所得到的碳纳米管密度的50倍；该高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70中的碳纳米管排列紧密且定向排列。
另外，本发明中所采用的挤压装置10并不限于采用图2所示的结构，进一步，本发明高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70的制备并不限于采用特定的挤压装置10压缩的方式，其关键在于能沿着平行于基底的方向对碳纳米管阵列40施加一机械压力，通过挤压使碳纳米管阵列40中的碳纳米管之间的间距减小，密度增大，从而获得高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70，因此依据本发明精神对本发明所述挤压装置作其它非实质性变化，都应包含在本发明所要求的保护范围内。
(四)聚合高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体70中的高分子前驱体溶液50，从而形成高密度碳纳米管阵列复合材料80。
其中，高分子前驱体溶液50固化步骤包括:在高分子前驱体溶液50中预先加入少量固化剂，控制固化剂的添加量以使高分子前驱体溶液50的固化时间多于两个小时为准；按该高分子材料的适当固化方法，如加热，使高分子前驱体溶液50聚合固化。此外，高分子前驱体溶液50为单组分的高分子前驱体50时，还可以采用室温静置固化的方式进行聚合，即在室温下，静置该单组分的高分子前驱体溶液50进行固化聚合。
固化剂包括环氧树脂固化剂、碱性类固化剂或酸性类固化剂，其中碱性类固化剂包括脂肪族二胺、芳香族多胺、改性脂肪胺或其它含氮化合物，酸性类固化剂包括有机酸、酸酐、三氟化硼或其络合物。
本实施例所得到的高密度碳纳米管阵列复合材料80的热导率为3瓦/米·K(W/mK)，而CVD法直接生长所得到的碳纳米管阵列复合材料的热导率仅为1W/mK，因此，本实施例的高密度碳纳米管阵列复合材料80与CVD法直接生长所得到的碳纳米管阵列复合材料相比，导热性能更好。
利用本发明所提供的方法，制备的高密度碳纳米管阵列复合材料80中，碳纳米管的密度可达到CVD法直接生长所得到的碳纳米管密度的10-200倍。本实施例所制备的高密度碳纳米管阵列复合材料80，因为其中的碳纳米管的密度根据需要控制为CVD法直接生长所得到的碳纳米管阵列复合材料的50倍，从而该高碳纳米管阵列复合材料80具有良好的导热性能；此外，本实施例所制备的高密度碳纳米管阵列复合材料80，由于其中的碳纳米管之间紧密填充有硅橡胶材料，使得碳纳米管之间连接稳定，比纯碳纳米管阵列的力学性能更为优良，在导热领域具有很好的应用。
可以理解，本发明所述的高密度碳纳米管阵列复合材料80的制备方法并不只限于上述的制备步骤，也可是先对碳纳米管阵列40进行挤压，之后将高分子前驱体溶液50灌入挤压后的碳纳米管阵列40中，聚合高分子前驱体溶液50中的高分子前驱体，形成高密度碳纳米管复合材料80。
(五)对高密度碳纳米管阵列复合材料80进行切片，从而形成碳纳米管阵列复合导热片100。
其中，对高密度碳纳米管阵列复合材料80进行切片的具体步骤为用一刀片90切割，其切割的方向为沿着垂直于碳纳米管阵列40轴向的方向，切割后，即可得到碳纳米管阵列复合导热片100。
本发明所得到的碳纳米管阵列复合导热片100包括多个碳纳米管和高分子材料，其中的多个碳纳米管以阵列形式排列，且高分子材料填充在多个碳纳米管之间的间隙中。碳纳米管阵列复合导热片100中的碳纳米管排列紧密且定向排列，且碳纳米管的密度为0.1～2.2g/cm3。在上述的碳纳米管阵列复合导热片100中的碳纳米管两端开口，且碳纳米管的两端从碳纳米管阵列复合导热片100中露出。
此外，还可以对上述的碳纳米管阵列复合导热片100进行进一步的表面处理，其中，表面处理方法包括等离子刻蚀、化学修饰、金属沉积或它们的任意组合的方式之一。
表面处理的具体方法不同，其产生作用的具体方式也不同。例如，采用等离子刻蚀处理碳纳米管阵列复合导热片100，可以使得碳纳米管的两端从碳纳米管阵列复合导热片100中更加充分的露出，从而使得碳纳米管复合导热片100具有更加优异的导热性能。采用化学修饰处理碳纳米管阵列复合导热片100，可以使得碳纳米管的两端根据需要选择吸附的化学基团，从而使得碳纳米管阵列复合导热片100在导热应用时，具有更加优异的导热性能。采用金属沉积处理碳纳米管阵列复合导热片100，可以使得碳纳米管阵列复合导热片100的表面在导热应用时具有更大的接触面积，且沉积的金属与碳纳米管阵列复合导热片100的碳纳米管具有很好的连接，从而使得碳纳米管阵列复合导热片100导热性能更加优异。
本实施例中碳纳米管阵列复合导热片100及其制备方法具有以下优点:其一，所述的碳纳米管阵列复合导热片100中，碳纳米管排列紧密且定向排列，本发明所制备的碳纳米管阵列复合导热片100中，碳纳米管的密度可根据需要控制为CVD法直接生长所得到的碳纳米管阵列复合导热片的10～200倍，即导热片中碳纳米管导热通道的密度提高了10～200倍，从而该碳纳米管阵列复合导热片100具有优异的导热性能，可广泛地应用于导热材料等方面；其二，所述的碳纳米管阵列复合导热片100，由于碳纳米管之间紧密地填充高分子材料，使得碳纳米管之间连接稳定，比纯碳纳米管阵列的力学性能更为优良；其三，在碳纳米管阵列复合导热片100中的碳纳米管两端开口，且从碳纳米管的两端从碳纳米管阵列复合导热片100中露出；其四，所述的制备方法工序简单且制备的碳纳米管阵列复合导热片100中的碳纳米管的密度可以控制。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (16)

1.一种碳纳米管阵列复合导热片，包括多个碳纳米管和高分子材料，其特征在于，该碳纳米管阵列复合导热片中的多个碳纳米管以阵列形式排列，且高分子材料填充在多个碳纳米管之间的间隙中，碳纳米管阵列复合导热片中的碳纳米管的密度为0.1～2.2克每立方厘米。
2.如权利要求1所述的碳纳米管阵列复合导热片，其特征在于，碳纳米管阵列复合导热片的厚度为20微米～5毫米。
3.如权利要求2所述的碳纳米管阵列复合导热片，其特征在于，碳纳米管阵列复合导热片中的碳纳米管两端开口，且碳纳米管的两端从碳纳米管阵列复合导热片中露出。
4.如权利要求1所述的碳纳米管阵列复合导热片，其特征在于，碳纳米管阵列复合导热片中的碳纳米管排列紧密且定向排列。
5.如权利要求1所述的碳纳米管阵列复合导热片，其特征在于，所述的碳纳米管为单壁高密度碳纳米管、双壁高密度碳纳米管及多壁高密度碳纳米管中的一种。
6.如权利要求1所述的碳纳米管阵列复合导热片，其特征在于，所述的高分子材料为硅橡胶、灌封胶、环氧树脂及石腊中的一种或他们的任意组合之一。
7.一种碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其包括以下步骤：
提供一形成于一基底的碳纳米管阵列和一高分子前驱体溶液；
将碳纳米管阵列和高分子前驱体溶液混合，形成一高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体；
沿着平行于基底的方向挤压该高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体，形成一高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体；
聚合高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体中的高分子前驱体溶液，形成高密度碳纳米管阵列复合材料；以及
对该高密度碳纳米管阵列复合材料进行切片，从而形成碳纳米管阵列复合导热片。
8.如权利要求7所述的碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其特征在于，将碳纳米管阵列和高分子前驱体溶液混合的步骤是在一挤压装置中进行的。
9.如权利要求8所述的碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其特征在于，所述的挤压装置包括一下压板，一上压板，两个第一侧板与两个第二侧板设置于上压板和下压板之间，并在上压板和下压板之间的中心位置形成一空腔；上压板通过螺丝对称地固定于下压板上，上压板的面积与下压板相等；两个第一侧板沿第一方向对称地分布于空腔的两侧，两个第二侧板沿第二方向对称地分布于空腔的另外两侧，其中，第一方向与第二方向相互垂直。
10.如权利要求9所述的碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其特征在于，沿着平行于基底的方向挤压高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体为采用上述的挤压装置进行挤压，该挤压过程包括：用第一侧板沿着第一方向相对移动，对高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体进行挤压；之后，用第二侧板沿着第二方向相对移动，对高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体进行挤压。
11.如权利要求7所述的碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其特征在于，将碳纳米管阵列和高分子前驱体溶液混合后，进一步包括一抽真空处理过程。
12.如权利要求11所述的碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其特征在于，所述的抽真空处理过程，包括以下步骤：首先将放置于挤压装置空腔中的碳纳米管阵列浸没在高分子前驱体溶液中；之后，将上述的挤压装置放入真空室抽真空，真空度小于0.2大气压。
13.如权利要求7所述的碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其特征在于，聚合高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体中的高分子前驱体溶液的过程包括以下步骤:掺入固化剂，混合均匀，加热聚合固化。
14.如权利要求13所述的碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其特征在于，固化剂包括环氧树脂固化剂、碱性类固化剂或酸性类固化剂，其中碱性类固化剂包括脂肪族二胺、芳香族多胺、改性脂肪胺或其它含氮化合物，酸性类固化剂包括有机酸、酸酐、三氟化硼或其络合物。
15.如权利要求7所述的碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其特征在于，进一步包括对切片后的高密度碳纳米管阵列复合材料进行表面处理。
16.如权利要求15所述的碳纳米管阵列复合导热片的制备方法，其特征在于，所述的表面处理方法包括等离子刻蚀、化学修饰、金属沉积或它们的任意组合之一。
CN2007100765713A 2007-08-24 2007-08-24 碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法 Active CN101372614B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007100765713A CN101372614B (zh) 2007-08-24 2007-08-24 碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法
US12/005,022 US9023477B2 (en) 2007-08-24 2007-12-20 Thermally conductive pad with an array of carbon nanotubes and method for making the same
JP2008206163A JP4991657B2 (ja) 2007-08-24 2008-08-08 高密度カーボンナノチューブアレイを含む熱伝導シート及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007100765713A CN101372614B (zh) 2007-08-24 2007-08-24 碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101372614A true CN101372614A (zh) 2009-02-25
CN101372614B CN101372614B (zh) 2011-06-08

Family

ID=40382468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007100765713A Active CN101372614B (zh) 2007-08-24 2007-08-24 碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9023477B2 (zh)
JP (1) JP4991657B2 (zh)
CN (1) CN101372614B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101864280A (zh) * 2010-05-20 2010-10-20 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 芯片封装与散热用热界面材料及其制法
WO2015003501A1 (zh) * 2013-07-10 2015-01-15 华为技术有限公司 一种界面导热片及其制备方法、散热系统
CN108559277A (zh) * 2018-05-15 2018-09-21 熊振 一种碳纳米管增强的生物高分子材料及其制备方法
CN109517231A (zh) * 2018-12-19 2019-03-26 深圳烯湾科技有限公司 弹性体复合材料及其制备方法
CN110342497A (zh) * 2019-07-05 2019-10-18 上海大学 垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料及其制备方法
CN111646804A (zh) * 2020-06-16 2020-09-11 中南大学 一种空心管微点阵结构陶瓷材料的制备方法
CN111825952A (zh) * 2020-07-14 2020-10-27 国家纳米科学中心 一种超顺排碳纳米管环氧树脂复合材料及其制备方法和应用
CN112358855A (zh) * 2020-10-26 2021-02-12 深圳烯湾科技有限公司 碳纳米管导热片及其制备方法
CN117361512A (zh) * 2023-12-06 2024-01-09 苏州烯晶半导体科技有限公司 控制碳纳米管平行阵列密度的方法

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101536669B1 (ko) 2004-11-09 2015-07-15 더 보드 오브 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템 나노섬유 리본과 시트 및 트위스팅 및 논-트위스팅 나노섬유 방적사의 제조 및 애플리케이션
CN101121791B (zh) * 2006-08-09 2010-12-08 清华大学 碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法
JP2009175506A (ja) * 2008-01-25 2009-08-06 Fujifilm Corp 光ファイバ部品およびレーザ加工機
CN101781461B (zh) * 2009-01-16 2012-01-25 清华大学 电致伸缩复合材料及其制备方法
JP5636654B2 (ja) * 2009-09-07 2014-12-10 富士通株式会社 カーボンナノチューブシート構造体およびその製造方法、半導体装置
JP5858266B2 (ja) * 2010-03-26 2016-02-10 アイシン精機株式会社 カーボンナノチューブ複合体の製造方法
EP3082248A3 (en) 2012-08-01 2016-12-07 The Board of Regents,The University of Texas System Coiled and non-coiled twisted nanofiber yarn and polymer fiber torsional and tensile actuators
WO2015120773A1 (en) 2014-02-13 2015-08-20 Honeywell International Inc. Compressible thermal interface materials
JP6332681B2 (ja) * 2014-07-01 2018-05-30 国立大学法人静岡大学 カーボンナノチューブの製造方法
WO2016136826A1 (ja) * 2015-02-27 2016-09-01 日立造船株式会社 カーボンナノチューブ高密度集合体およびカーボンナノチューブ高密度集合体の製造方法
WO2016136825A1 (ja) * 2015-02-27 2016-09-01 日立造船株式会社 カーボンナノチューブ高密度集合体およびカーボンナノチューブ高密度集合体の製造方法
JP6597195B2 (ja) * 2015-11-04 2019-10-30 富士通株式会社 放熱シートの製造方法及び放熱シート製造装置
JP6842469B2 (ja) 2016-03-08 2021-03-17 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッドＨｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ． 相変化材料
US11041103B2 (en) 2017-09-08 2021-06-22 Honeywell International Inc. Silicone-free thermal gel
US11072706B2 (en) 2018-02-15 2021-07-27 Honeywell International Inc. Gel-type thermal interface material
US10962980B2 (en) 2018-08-30 2021-03-30 Ford Global Technologies, Llc System and methods for reverse braking during automated hitch alignment
US10821862B2 (en) 2018-12-06 2020-11-03 Ford Global Technologies, Llc Temperature control system for seating assembly
US11373921B2 (en) 2019-04-23 2022-06-28 Honeywell International Inc. Gel-type thermal interface material with low pre-curing viscosity and elastic properties post-curing
JP6812533B1 (ja) * 2019-12-27 2021-01-13 トクセン工業株式会社 カーボンナノチューブからなる長尺物の製造方法
CN113524740B (zh) * 2021-07-28 2023-01-03 深圳市欧普特工业材料有限公司 一种高导热系数导热垫片的生产装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2581077B2 (ja) * 1987-06-09 1997-02-12 ダイキン工業株式会社 フッ化ビニリデン系樹脂組成物
US6426134B1 (en) * 1998-06-30 2002-07-30 E. I. Du Pont De Nemours And Company Single-wall carbon nanotube-polymer composites
US6299812B1 (en) * 1999-08-16 2001-10-09 The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma Method for forming a fibers/composite material having an anisotropic structure
JP2004127713A (ja) 2002-10-02 2004-04-22 Sony Corp カーボンナノチューブを用いた電子放出源、電子放出素子、探針及びそれらの製造方法
CN1290763C (zh) * 2002-11-29 2006-12-20 清华大学 一种生产碳纳米管的方法
JP2004315253A (ja) 2003-04-11 2004-11-11 Mitsubishi Engineering Plastics Corp カーボンナノチューブの架橋方法
WO2005028740A2 (en) 2003-06-16 2005-03-31 William Marsh Rice University Sidewall functionalization of carbon nanotubes with hydroxyl-terminated moieties
US20040266063A1 (en) * 2003-06-25 2004-12-30 Montgomery Stephen W. Apparatus and method for manufacturing thermal interface device having aligned carbon nanotubes
US7168484B2 (en) * 2003-06-30 2007-01-30 Intel Corporation Thermal interface apparatus, systems, and methods
JP2005061544A (ja) 2003-08-15 2005-03-10 Oji Paper Co Ltd 断熱材料および断熱シート
US7456052B2 (en) * 2003-12-30 2008-11-25 Intel Corporation Thermal intermediate apparatus, systems, and methods
CN100383213C (zh) * 2004-04-02 2008-04-23 清华大学 一种热界面材料及其制造方法
TWI299342B (en) 2004-05-06 2008-08-01 Taiwan Salt Company Thermal-conductive material composition and method for preparing the same
US7378040B2 (en) * 2004-08-11 2008-05-27 Eikos, Inc. Method of forming fluoropolymer binders for carbon nanotube-based transparent conductive coatings
US20070015267A1 (en) * 2004-10-05 2007-01-18 Serge Da Silva Method for producing composite objects using expanded graphite and vermiculite
JP2006176362A (ja) 2004-12-22 2006-07-06 Fuji Xerox Co Ltd カーボンナノチューブ薄膜の製造方法
CN1837147B (zh) * 2005-03-24 2010-05-05 清华大学 热界面材料及其制备方法
CN100358132C (zh) 2005-04-14 2007-12-26 清华大学 热界面材料制备方法
US20070099792A1 (en) * 2005-04-27 2007-05-03 William Marsh Rice University Carbon nanotube reinforced thermoplastic polymer composites achieved through benzoyl peroxide initiated interfacial bonding to polymer matrices
US20070116626A1 (en) * 2005-05-11 2007-05-24 Molecular Nanosystems, Inc. Methods for forming carbon nanotube thermal pads
US20070116957A1 (en) * 2005-05-11 2007-05-24 Molecular Nanosystems, Inc. Carbon nanotube thermal pads
JP4686274B2 (ja) 2005-06-30 2011-05-25 ポリマテック株式会社 放熱部品及びその製造方法
GB2432830A (en) * 2005-12-02 2007-06-06 Morganite Elect Carbon Formation of thermally anisotropic carbon material
JP4817296B2 (ja) * 2006-01-06 2011-11-16 独立行政法人産業技術総合研究所 配向カーボンナノチューブ・バルク集合体ならびにその製造方法および用途
JP5069860B2 (ja) 2006-01-31 2012-11-07 株式会社カネカ グラファイトフィルム
US20080292835A1 (en) * 2006-08-30 2008-11-27 Lawrence Pan Methods for forming freestanding nanotube objects and objects so formed

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101864280A (zh) * 2010-05-20 2010-10-20 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 芯片封装与散热用热界面材料及其制法
WO2015003501A1 (zh) * 2013-07-10 2015-01-15 华为技术有限公司 一种界面导热片及其制备方法、散热系统
CN108559277A (zh) * 2018-05-15 2018-09-21 熊振 一种碳纳米管增强的生物高分子材料及其制备方法
CN109517231A (zh) * 2018-12-19 2019-03-26 深圳烯湾科技有限公司 弹性体复合材料及其制备方法
CN110342497A (zh) * 2019-07-05 2019-10-18 上海大学 垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料及其制备方法
CN111646804B (zh) * 2020-06-16 2021-03-26 中南大学 一种空心管微点阵结构陶瓷材料的制备方法
CN111646804A (zh) * 2020-06-16 2020-09-11 中南大学 一种空心管微点阵结构陶瓷材料的制备方法
CN111825952A (zh) * 2020-07-14 2020-10-27 国家纳米科学中心 一种超顺排碳纳米管环氧树脂复合材料及其制备方法和应用
CN111825952B (zh) * 2020-07-14 2023-02-10 国家纳米科学中心 一种超顺排碳纳米管环氧树脂复合材料及其制备方法和应用
CN112358855A (zh) * 2020-10-26 2021-02-12 深圳烯湾科技有限公司 碳纳米管导热片及其制备方法
CN112358855B (zh) * 2020-10-26 2021-12-28 深圳烯湾科技有限公司 碳纳米管导热片及其制备方法
CN117361512A (zh) * 2023-12-06 2024-01-09 苏州烯晶半导体科技有限公司 控制碳纳米管平行阵列密度的方法
CN117361512B (zh) * 2023-12-06 2024-02-20 苏州烯晶半导体科技有限公司 控制碳纳米管平行阵列密度的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20090053515A1 (en) 2009-02-26
CN101372614B (zh) 2011-06-08
US9023477B2 (en) 2015-05-05
JP2009051725A (ja) 2009-03-12
JP4991657B2 (ja) 2012-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101372614B (zh) 碳纳米管阵列复合导热片及其制备方法
CN101353785B (zh) 高密度碳纳米管阵列复合材料的制备方法
CN101121791B (zh) 碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法
Zhang et al. Three-dimensional interconnected networks for thermally conductive polymer composites: Design, preparation, properties, and mechanisms
Ying et al. Tailoring highly ordered graphene framework in epoxy for high-performance polymer-based heat dissipation plates
CN100454526C (zh) 热界面材料制造方法
CN108504096B (zh) 一种碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法
CN101671442A (zh) 碳纳米管阵列复合材料的制备方法
Chen et al. Architecting three-dimensional networks in carbon nanotube buckypapers for thermal interface materials
Meng et al. Recent progress on fabrication and performance of polymer composites with highly thermal conductivity
JP5254819B2 (ja) カーボンナノチューブ複合材料及びその製造方法
JP5032454B2 (ja) カーボンナノチューブ複合材料の製造方法
JP5102328B2 (ja) 熱伝導部材の製造方法
US20100044647A1 (en) Method for manufacturing carbon nanotube-conducting polymer composite
CN101604727B (zh) 电致伸缩复合材料及其制备方法
CN101121497A (zh) 碳纳米管复合材料及其制造方法
Xu et al. Vertically aligned graphene for thermal interface materials
CN101275209A (zh) 热界面材料及其制备方法
CN102391618A (zh) 一种取向碳纳米管/聚合物复合膜的制备方法
CN101323759A (zh) 导电胶带及其制造方法
Wan et al. Enhanced in-plane thermal conductivity and mechanical strength of flexible films by aligning and interconnecting Si3N4 nanowires
Qian et al. Enhanced thermal conductivity via in situ constructed CNT aerogel structure in composites
TWI339189B (en) Thermal pad with carbon nanotube array and method of making the same
TWI331132B (en) Method of fabricating thermal interface material
TW200934725A (en) Carbon nanotube composite and method for making the same

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant