CN103725019B - 散热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种散热材料及其制备方法，此制备方法包括以下步骤：提供一石蜡、一氮化硼、一石墨以及一改质多壁纳米碳管。将石蜡加热至软化。混合氮化硼、改质多壁纳米碳管、石墨与石蜡。其中，石蜡的含量占散热材料的总重量的50％至60％。氮化硼的含量占散热材料的总重量的20％至40％。石墨的含量占散热材料的总重量的3％至15％。改质多壁纳米碳管的含量占散热材料的总重量的1％至5％。本发明所提供的散热材料具有较高的导热系数，并且具有高的表面电阻值。因此含散热材料的电池组在充电或放电所产生的热量被散热材料吸收，借以降低电池组在充电或放电时的温度，并同时使电池组够维持良好的电性效果。

Description

散热材料及其制备方法
【技术领域】
本案是关于一种散热材料及其制备方法，特别是一种将氮化硼及石墨混合于石蜡的散热材料及其制备方法。
【背景技术】
目前的主流交通工具是通过燃烧化石燃料所释放的热量以提供动力。然，将热能转换成动能的效率因热力学的限制而不甚理想。由于自电能转换成动能具有比化石燃料优秀许多的转换效率，因此也逐渐发展出以电池作为交通工具的动力来源。
然而，使用单一电池作为动力来源常有电压不足的问题。故常将数个电池串联成一电池组以提供所需电压。由于电池组包含多个电池，使得电池组于放电时的工作温度相对提高，进而造成能量转换效率的下降及电池寿命减短的问题。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提供一种散热材料及其制备方法，以解决上述问题。
本发明一实施例所揭示的散热材料，包含一石蜡、一氮化硼、一石墨以及一改质多壁纳米碳管。石蜡的含量占散热材料的总重量的50%至60%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的20%至40%。石墨的含量占散热材料的总重量的3%至15%。改质多壁纳米碳管的含量占散热材料的总重量的1%至5%，并且改质多壁纳米碳管的表面带有一酯基(-COOR)。其中，石蜡通过相变化而吸收或释放热量。氮化硼及石墨是用以增加散热材料的导热率。
本发明一实施例所揭示的散热材料的制备方法，包括以下步骤：提供一石蜡、一氮化硼、一石墨以及一改质多壁纳米碳管，其中，氮化硼的含量占散热材料的总重量的20%至40%，石墨的含量占散热材料的总重量的3%至15%，改质多壁纳米碳管的含量占散热材料的总重量的1%至5%，并且改质多壁纳米碳管的表面带有一酯基(-COOR)；将石蜡加热至软化；混合氮化硼、石墨、改质多壁纳米碳管与石蜡。
本发明一实施例所揭示的散热材料，包含一石蜡、一氮化硼以及一石墨。石蜡的含量占散热材料的总重量的50%至60%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的25%至45%。石墨的含量占散热材料的总重量的5%至15%。其中，石蜡通过相变化而吸收或释放热量。氮化硼及石墨是用以增加散热材料的导热率。
本发明一实施例所揭示的散热材料的制备方法，包括以下步骤：提供一石蜡、一氮化硼以及一石墨，其中，石蜡的含量占散热材料的总重量的50%至60%；氮化硼的含量占散热材料的总重量的25%至45%；石墨的含量占散热材料的总重量的5%至15%；将石蜡加热至软化；混合氮化硼、石墨与石蜡。
相较于现有技术，本发明实施例所提供的散热材料具有较高的导热系数，并且具有高的表面电阻值。因此含散热材料的电池组在充电或放电所产生的热量被散热材料吸收，借以降低电池组在充电或放电时的温度，并同时使电池组够维持良好的电性效果。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
【附图说明】
图1为本发明一实施例所揭示的改质多壁纳米碳管的制备方法的流程图。
图2为本发明一实施例所揭示的散热材料的制备方法的流程图。
图3为本发明一实施例所揭示的散热材料的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
本发明一实施例所揭示的散热材料，包含一石蜡、一氮化硼、一石墨以及一改质多壁纳米碳管。石蜡的含量占散热材料的总重量的50%至60%。氮化硼例如但不限于一六方氮化硼，在其它实施例中，氮化硼可为一三方氮化硼或正方氮化硼。氮化硼的含量占散热材料的总重量的20%至40%。石墨的含量占散热材料的总重量的3%至15%。改质多壁纳米碳管例如但不限于一十八烷醇改质多壁纳米碳管。改质多壁纳米碳管的含量占散热材料的总重量的1%至5%，并且改质多壁纳米碳管的表面带有一酯基(-COOR)。须注意的是，氮化硼、石墨、碳管总重须小于散热材料总重量的50%。若氮化硼、石墨、碳管总重超过散热材料总重量的50%时，则混合后的散热材料容易呈现粉碎状。其中，石蜡是通过相变化而吸收或释放热量。氮化硼及石墨是用以增加散热材料的导热率。各种原料的规格请参阅表一。
表一各种原料的规格
请参阅图1。图1为本发明一实施例所揭示的改质多壁纳米碳管的制备方法的流程图。其中，上述的改质多壁纳米碳管的制备方法可包括以下步骤：将多壁纳米碳管酸化以使碳管表面带有羧酸官能基(-COOH)（S101）；然后，加入长链烷醇，通过脱水剂脱水，使碳管和长链烷醇之间产生酯键结而得改质多壁纳米碳管（S102）。
更详细来说，在多壁纳米碳管酸化时，被使用的混合酸溶液为硫酸与硝酸的体积比为3：1。当多壁纳米碳管置入酸溶液后，多壁纳米碳管表面被氧化性酸化。同时，多壁纳米碳管表面带有羧酸官能基。此外，在多壁纳米碳管被酸化时，使用者搅拌混合有多壁纳米碳管的酸溶液，以增加酸化的反应速率。须注意的是，上述所使用的酸溶液的成分并非用以限定本发明。举例来说，酸溶液亦可为硫酸、硝酸等无机强酸，或者是强酸混合物。另一方面，亦可通过其它方式对混合有多壁纳米碳管的酸溶液进行搅拌，譬如可使用一超音波装置，通过超音波震荡对酸溶液进行搅拌。
另一方面，在多壁纳米碳管和长链烷醇进行酯化反应以产生酯键结时，被使用的长链烷醇为具有12-30个碳原子的烷醇，例如为十二烷醇、十四烷醇、十六烷醇、十八烷醇、二十烷醇。较佳的是具有15-25个碳原子的长链烷醇，例如十六烷醇、十八烷醇。更佳的是具有16-20个碳原子的长链烷醇，例如十八烷醇。本实施例长链烷醇是十八烷醇，但不以此为限。此外，多壁纳米碳管与十八烷醇脱水以产生酯键结时，被使用的脱水剂例如但不限于一酰亚胺类。在本实施例中及部分其它实施例中，脱水剂是N,N’-二环己基碳化二酰亚胺。
以下详述将多壁纳米碳管和长链烷醇进行酯化反应以产生酯键结的步骤。首先，将具有羧酸基的多壁纳米碳管分散于装有经除水的二甲基甲酰胺的容器中。将二甲基甲酰胺除水是为了避免水分影响酯化反应的反应速率。接着，为了使带有羧酸基的多壁纳米碳管作为限量试剂(Limiting Reagent)，须在容器中加入过量的十八烷醇。待十八烷醇完全溶解后，再于容器中加入过量的N,N’-二环己基碳二亚胺。而后，将容器内的混合液的反应温度维持在室温。在本实施例中，可通过水浴（Water Bath）以将反应温度维持在室温，但并不以此为限。在具有羧酸基的多壁纳米碳管与十八烷醇进行酯化反应而使羧酸基转换成一酯基(-COOR)后，即形成十八烷醇改质多壁纳米碳管。接着对十八烷醇改质多壁纳米碳管进行抽气过濾，并使用有机溶剂诸如二甲基甲酰胺、己烷清洗所得的十八烷醇改质多壁纳米碳管以去除水分。最后，即完成纯化过的十八烷醇改质多壁纳米碳管的制备。
请参阅图2。图2为本发明一实施例所揭示的散热材料的制备方法的流程图。本发明所提供的散热材料的制备方法，主要包含下列步骤。提供如前述实施例的石蜡、氮化硼、石墨以及改质多壁纳米碳管（S201）。将石蜡加热至软化（S202）。混合氮化硼、石墨、改质多壁纳米碳管与石蜡（S203）。
实施例一
依照（S201）、（S202）、（S203）的步骤制作散热材料。如下表二、三所示，其中石蜡的含量占散热材料的总重量的60%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的35%。石墨的含量占散热材料的总重量的3%。改质多壁纳米碳管的含量占散热材料的总重量的2%。并且改质多壁纳米碳管的表面带有一酯基(-COOR)。其中，混合氮化硼、石墨、改质多壁纳米碳管与石蜡是在环境温度为30℃至40℃的环境温度执行，并且以50转/每分钟至80转/每分钟的搅拌速率持续搅拌5至10分钟。
接着，进行实验测试。首先，将此散热材料放置于80℃的恒温槽中。经测量，此散热材料由30℃加热至80℃需要147秒。接着，将此散热材料放置于30℃的恒温槽中。经测量，此散热材料由80℃降温至30℃需204秒。此散热材料的导热系数为2.426W/m·K。散热材料的表面电阻值为3.30x108Ω/sq。最后，此散热材料被填充于一电池组中。经测量，含散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为50.06℃。纯石蜡由30℃加热至80℃需要358秒，而纯石蜡由80℃降温至30℃需要1534秒。因此，散热材料具有比纯石蜡优异的导热能力。无散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为61.40℃。故本散热材料所填充的电池组确实具有较低的工作温度。
实施例二
本实施例与实施例一类似，仅针对不同之处说明。本实施例石蜡的含量占散热材料的总重量的60%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的20%。石墨的含量占散热材料的总重量的15%。改质多壁纳米碳管的含量占散热材料的总重量的5%。本实施例的散热材料由30℃加热至80℃需要125秒，由80℃降温至30℃需186秒。散热材料的导热系数为3.818W/m·K。散热材料的表面电阻值为1.19x106Ω/sq。含此散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为48.67℃。
实施例三
本实施例与实施例一类似，仅针对不同之处说明。本实施例石蜡的含量占散热材料的总重量的50%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的40%。石墨的含量占散热材料的总重量的9%。改质多壁纳米碳管的含量占散热材料的总重量的1%。本实施例的散热材料由30℃加热至80℃需要120秒，由80℃降温至30℃需178秒。散热材料的导热系数为4.010W/m·K。散热材料的表面电阻值为2.64x104Ω/sq。含此散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为48.48℃。
实施例四
本实施例与实施例一类似，仅针对不同之处说明。本实施例石蜡的含量占散热材料的总重量的50%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的40%。石墨的含量占散热材料的总重量的5%。改质多壁纳米碳管的含量占散热材料的总重量的5%。本实施例的散热材料由30℃加热至80℃需要94秒，由80℃降温至30℃需152秒。散热材料的导热系数为5.598W/m·K。散热材料的表面电阻值为1.20x104Ω/sq。含此散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为46.89℃。
实施例五
本实施例与实施例一类似，仅针对不同之处说明。本实施例石蜡的含量占散热材料的总重量的60%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的35%。石墨的含量占散热材料的总重量的4%。改质多壁纳米碳管的含量占散热材料的总重量的1%。本实施例的散热材料由30℃加热至80℃需要245秒，由80℃降温至30℃需832秒。散热材料的导热系数为1.457W/m·K。散热材料的表面电阻值为3.16x106Ω/sq。含此散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为51.03℃。
实施例六
本实施例与实施例一类似，仅针对不同之处说明。本实施例石蜡的含量占散热材料的总重量的60%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的25%。石墨的含量占散热材料的总重量的14%。改质多壁纳米碳管的含量占散热材料的总重量的1%。本实施例的散热材料由30℃加热至80℃需要136秒，由80℃降温至30℃需195秒。散热材料的导热系数为3.105W/m·K。散热材料的表面电阻值为8.23x106Ω/sq。含此散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为49.38℃。
表二
表三
此外，本发明另一实施例所揭示的散热材料，包含一石蜡、一氮化硼以及一石墨。石蜡的含量占散热材料的总重量的50%至60%。氮化硼例如但不限于一六方氮化硼，在其它实施例中，氮化硼可为一三方氮化硼或正方氮化硼。氮化硼的含量占散热材料的总重量的25%至45%。石墨的含量占散热材料的总重量的5%至15%。其中，石蜡通过相变化而吸收或释放热量。氮化硼及石墨是用以增加散热材料的导热率。
请参阅图3，图3为本发明一实施例所揭示的散热材料的制备方法的流程图。本发明所提供的散热材料的制备方法，主要包含下列步骤。提供如前述实施例的石蜡、氮化硼以及石墨（S301）。将石蜡加热至软化（S302）。混合氮化硼、石墨与石蜡（S303）。
实施例七
依照（S301）、（S302）、（S303）的步骤制作散热材料，如下表四、五所示，其中石蜡的含量占散热材料的总重量的60%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的25%。石墨的含量占散热材料的总重量的15%。其中，混合氮化硼、石墨与石蜡是在环境温度为30℃至40℃的环境温度执行，并且以50转/每分钟至80转/每分钟的搅拌速率持续搅拌5至10分钟。
接着，进行实验测试。首先，将此散热材料放置于80℃的恒温槽中。经测量，此散热材料由30℃加热至80℃需要145秒。接着，将此散热材料放置于30℃的恒温槽中。经测量，此散热材料由80℃降温至30℃需198秒。此散热材料的导热系数为2.580W/m·K。散热材料的表面电阻值为1.60x102Ω/sq。最后，此散热材料被填充于一电池组中。经测量，含散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为49.91℃。纯石蜡由30℃加热至80℃需要358秒，而纯石蜡由80℃降温至30℃需要1534秒。因此，散热材料具有比纯石蜡优异的导热能力。无散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为61.40℃。故本散热材料所填充的电池组确实具有较低的工作温度。
实施例八
本实施例与实施例七类似，仅针对不同之处说明。本实施例石蜡的含量占散热材料的总重量的60%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的30%。石墨的含量占散热材料的总重量的10%。本实施例的散热材料由30℃加热至80℃需要148秒，由80℃降温至30℃需206秒。散热材料的导热系数为2.424W/m·K。散热材料的表面电阻值为1.76x102Ω/sq。含此散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为50.06℃。
实施例九
本实施例与实施例七类似，仅针对不同之处说明。本实施例石蜡的含量占散热材料的总重量的60%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的35%。石墨的含量占散热材料的总重量的5%。本实施例的散热材料由30℃加热至80℃需要250秒，由80℃降温至30℃需867秒。散热材料的导热系数为1.455W/m·K。散热材料的表面电阻值为1.44x1012Ω/sq。含此散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为51.03℃。
实施例十
本实施例与实施例七类似，仅针对不同之处说明。本实施例石蜡的含量占散热材料的总重量的50%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的45%。石墨的含量占散热材料的总重量的5%。本实施例的散热材料由30℃加热至80℃需要176秒，由80℃降温至30℃需301秒。散热材料的导热系数为2.126W/m·K。散热材料的表面电阻值为2.94x1012Ω/sq。含此散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为50.36℃。
实施例十一
本实施例与实施例七类似，仅针对不同之处说明。本实施例石蜡的含量占散热材料的总重量的50%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的40%。石墨的含量占散热材料的总重量的10%。本实施例的散热材料由30℃加热至80℃需要142秒，由80℃降温至30℃需192秒。散热材料的导热系数为2.818W/m·K。散热材料的表面电阻值为3.05x1011Ω/sq。含此散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为49.67℃。
实施例十二
本实施例与实施例七类似，仅针对不同之处说明。本实施例石蜡的含量占散热材料的总重量的50%。氮化硼的含量占散热材料的总重量的35%。石墨的含量占散热材料的总重量的15%。本实施例的散热材料由30℃加热至80℃需要132秒，由80℃降温至30℃需188秒。散热材料的导热系数为3.510W/m·K。散热材料的表面电阻值为3.56x104Ω/sq。含此散热材料的电池组于放电15分钟后的平均温度为48.98℃。
表四
实施例 石蜡(％) 氮化硼(％) 石墨(％)
七 60 25 15
八 60 30 10
九 60 35 5
十 50 45 5
十一 50 40 10
十二 50 35 15
表五
综合上述，本发明实施例所提供的散热材料具有较高的导热系数，并且具有高的表面电阻值。因此含散热材料的电池组在充电或放电所产生的热量被散热材料吸收，借以降低电池组在充电或放电时的温度，并同时使电池组够维持良好的电性效果。

Claims (8)

1.一种散热材料，其特征在于，包含：
一石蜡，其重量百分比为50％至60％；
一氮化硼，其重量百分比为20％至40％；
一石墨，其重量百分比为3％至15％；以及
一改质多壁纳米碳管，其重量百分比为1％至5％，该改质多壁纳米碳管的表面带有一酯基；
其中，该石蜡通过相变化而吸收或释放热量，该氮化硼及该石墨用以增加该散热材料的导热率。
2.如权利要求1所述的散热材料，其特征在于，该散热材料的导热系数为1.457W/m·K至5.598W/m·K。
3.如权利要求1所述的散热材料，其特征在于，该散热材料的表面电阻值为1.20×104Ω/sq至3.30×108Ω/sq。
4.一种散热材料的制备方法，其特征在于，包含：
提供如权利要求1所述的该石蜡、该氮化硼、该石墨及该改质多壁纳米碳管；
将该石蜡加热至软化；以及
混合该氮化硼、该石墨、该改质多壁纳米碳管与该石蜡。
5.如权利要求4所述的散热材料的制备方法，其特征在于，于混合该氮化硼、该石墨、该改质多壁纳米碳管与该石蜡时的环境温度为30℃至40℃。
6.如权利要求4所述的散热材料的制备方法，其特征在于，于混合该氮化硼、该石墨、该改质多壁纳米碳管与该石蜡时，更包含进行一搅拌动作，该搅拌动作的搅拌速率为50转/每分钟至80转/每分钟。
7.如权利要求6所述的散热材料的制备方法，其特征在于，于执行该搅拌动作时的执行时间为5分钟至10分钟。
8.如权利要求4所述的散热材料的制备方法，其特征在于，还包含制备该改质多壁纳米碳管的制备方法，其包括：
将一多壁纳米碳管酸化以使该多壁纳米碳管表面带有一羧酸官能基；以及
加入一长链烷醇以及一脱水剂脱水，使该多壁纳米碳管和该长链烷醇之间产生酯键结而得该改质多壁纳米碳管。
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