CN105038631A - 高导热绝缘纳米碳铜箔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高导热绝缘纳米碳铜箔，包括铜箔层，还包括位于铜箔层上方的高辐射纳米散热层，以及位于铜箔层下方的背胶层。

Description

高导热绝缘纳米碳铜箔

技术领域

本发明涉及一种高导热绝缘复合材料，特别涉及一种高导热绝缘纳米碳铜箔。

背景技术

随着微电子集成技术的高速发展，电子元器件的尺寸、体积正在急剧缩小，由此带来的散热困难严重影响到了电子器件的精度和寿命，成为器件微型化的技术瓶颈，在很大程度上制约了集成技术的进一步发展。有资料显示，温度每升高2℃，电子器件的稳定性降低约10%；若达到50℃，那么其寿命仅为25℃时的17%左右。因此，对电子器件进行及时而高效的散热是其可靠使用的关键。传统导热材料如金属、无机陶瓷和金属氧化物等，虽导热性良好，但存在诸多缺陷，如单一使用金属材料难以满足绝缘性、化学稳定性等要求；无机陶瓷则存在抗冲击性能差、不易加工等问题。在科学技术和国民经济日益成长的当下，对导热材料的功能多样性也相应提出了更高的要求，如要求导热材料具有轻质、易加工成型、力学性能佳、耐化学腐蚀、电绝缘、低成本等优良的综合性能。传统导热材料因自身的局限性（主要表现在单一使用时）已经无法满足工业和科技的发展需求，如电子元器件所需的高导热绝缘柔性聚合物界面材料，以及化工换热器中具有卓越耐化学腐蚀的轻质导热聚合物材料等。

近期，导热复合材料以其低成本、易加工、良好的力学及电绝缘性等优势而受到广泛地关注，其应用更是囊括了诸如LED照明、太阳能、微电子、电气电工、航空航天等领域，形成了一种逐步取代传统导热材料的趋势。故而，开发高导热绝缘复合材料，不仅可实现电子产品的长期可靠运行，且为解决微电子器件的散热困难提供了重要的材料基础，从而成为目前导热材料的研究热点。

目前，高导热绝缘复合材料以填充型为主，即将具有高导热性填料粒子分散于高分子基体，形成具有优异力学和导热性能的复合材料，其导热能力可用热导率来衡量，数值越大表示材料的导热性能越好。对于填充型复合材料而言，热导率主要取决于高分子基体与导热填料的本征散热性能，以及填料的分散状态，其中导热填料在高分子基体中的分散性是影响材料导热性的重要因素。基于纳米填料的催化效应，纳米粒子更易在高分子基体内部形成导热通道，降低材料内部的孔隙率；相同条件下，比微米粒子更能提高材料的热导率和力学性能，且耐疲劳性更优。然而，纳米粒子的易团聚性会严重阻碍热量的有效传递，故纳米粒子的分散问题成为导热复合材料研究中的难点。此外，当填料用量较少时，填料粒子之间是彼此孤立的，没有相互接触，体系的热导率无法明显提高；随着填料含量的增加，粒子开始相互接触，当超过形成导热通道的临界值时，热量便能经此通道进行快速扩散，材料的导热能力显著提高。

另外，有研究表明：热传递常见的三种形式即热传导、热对流和热辐射，在不同的场合与条件下，所发挥的作用也会随之改变，如果将不同传热方式进行优化组合，可改善综合传热效能。随着高导热绝缘复合材料的发展，在有效弥补传统导热材料不足的同时，亦满足了科技发展的最新要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的高导热绝缘复合材料，它所采用的技术方案是：一种高导热绝缘纳米碳铜箔，包括铜箔层，还包括位于铜箔层上方的高辐射纳米散热层，以及位于铜箔层下方的背胶层。

本发明更进一步的技术特征是：

所述铜箔层上方的高辐射纳米散热层按重量百分比包括：2~20%树脂，2~25%石墨烯、2~25%碳纳米管、2~25%碳化硅以及5~30%氮化硼。

所述树脂为聚偏氟乙烯或环氧树脂或聚氨酯或聚丙烯酸酯。

所述背胶层为弹性体型压敏胶或树脂型压敏胶或丙烯酸类压敏胶。

本发明的有益效果是：

由于本发明一种高导热绝缘纳米碳铜箔其有效导热结构由高辐射纳米散热层和铜箔层组成，热量经本征导热性优良的铜箔传导后，基于纳米散热层的高热辐射性，部分转换为热辐射，根据辐射传热和温度间的函数关系，热源温度越高，辐射散热效果越显著，因此高导热绝缘纳米碳铜箔最终可实现高效散热；高辐射纳米散热层中纳米粒子的高比表面积，显著增加了有效传热面积，对散热性能的提高发挥了重要作用。而且铜箔层下方有背胶层，可以方便粘贴在需散热的电子元件上，因此在电子元件微型化的趋势下，高导热绝缘纳米碳铜箔能给予电子设备及时而高效地散热，从而显著提高其稳定性与使用寿命。采用导热仪和手机实测对纳米碳铜箔的散热效果进行测试，结果表明：其热扩散系数高达700.43mm^2/s；且散热效果明显优于纯铜箔，最大温差达到4℃。

具体实施方式

实施例1：

一种高导热绝缘纳米碳铜箔，包括铜箔层，还包括位于铜箔层上方的高辐射纳米散热层，以及位于铜箔层下方的背胶层，其中所述铜箔层上方的高辐射纳米散热层按重量百分比包括：2%聚偏氟乙烯，25%石墨烯、25%碳纳米管25%碳化硅以及23%氮化硼。所述背胶层为弹性体型压敏胶。

实施例2：

一种高导热绝缘纳米碳铜箔，包括铜箔层，还包括位于铜箔层上方的高辐射纳米散热层，以及位于铜箔层下方的背胶层，其中所述铜箔层上方的高辐射纳米散热层按重量百分比包括：20%环氧树脂、2%石墨烯、23%碳纳米管、25%碳化硅以及30%氮化硼。所述背胶层为树脂型压敏胶。

实施例3：

一种高导热绝缘纳米碳铜箔，包括铜箔层，还包括位于铜箔层上方的高辐射纳米散热层，以及位于铜箔层下方的背胶层，其中所述铜箔层上方的高辐射纳米散热层按重量百分比包括：20%聚氨酯、25%石墨烯、2%碳纳米管、23%碳化硅以及30%氮化硼。所述背胶层为丙烯酸类压敏胶。

实施例4：

一种高导热绝缘纳米碳铜箔，包括铜箔层，还包括位于铜箔层上方的高辐射纳米散热层，以及位于铜箔层下方的背胶层，其中所述铜箔层上方的高辐射纳米散热层按重量百分比包括：20%聚丙烯酸酯、23%石墨烯、25%碳纳米管、2%碳化硅以及30%氮化硼。所述背胶层为丙烯酸类压敏胶。

实施例5：

一种高导热绝缘纳米碳铜箔，包括铜箔层，还包括位于铜箔层上方的高辐射纳米散热层，以及位于铜箔层下方的背胶层，其中所述铜箔层上方的高辐射纳米散热层按重量百分比包括：20%聚偏氟乙烯，25%石墨烯、25%碳纳米管25%碳化硅以及5%氮化硼。所述背胶层为弹性体型压敏胶。

实施例6：

一种高导热绝缘纳米碳铜箔，包括铜箔层，还包括位于铜箔层上方的高辐射纳米散热层，以及位于铜箔层下方的背胶层，其中所述铜箔层上方的高辐射纳米散热层按重量百分比包括：10%环氧树脂、20%石墨烯、22%碳纳米管、20%碳化硅以及28%氮化硼。所述背胶层为树脂型压敏胶。

散热性能测试：

热扩散系数：基于NETZSCHLFA447导热仪的测试要求，将实施例1的纳米碳铜箔裁剪成规定形状，进行热扩散系数检测。与纯铜箔材料手机实测对比：在相同条件下，将所测另种样品裁剪成相同形状后，分别贴于相同型号手机的最大发热部位表面，并盖紧后壳。通过FlukeTi32红外线热成像仪监测手机升温过程，每隔十分钟取样，共1小时。

结果分析：

导热仪测试结果显示高导热绝缘纳米碳铜箔的热扩散系数高达700.43mm^2/s；与纯铜箔材料间的手机实测结果对比，其中高导热绝缘纳米碳铜箔的散热效果更好，在第10分钟时，两者温差接近4℃，高导热绝缘纳米碳铜箔明显优于纯铜箔。

虽然已经在此处描述了具体实施方式，但应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种高导热绝缘纳米碳铜箔，包括铜箔层，其特征在于还包括位于铜箔层上方的高辐射纳米散热层，以及位于铜箔层下方的背胶层。

2.如权利要求1所述的高导热绝缘纳米碳铜箔，其特征在于：所述铜箔层上方的高辐射纳米散热层按重量百分比包括：2~20%树脂，2~25%石墨烯、2~25%碳纳米管、2~25%碳化硅以及5~30%氮化硼。

3.如权利要求2所述的高导热绝缘纳米碳铜箔，其特征在于：所述树脂为聚偏氟乙烯或环氧树脂或聚氨酯或聚丙烯酸酯。

4.如权利要求1所述的高导热绝缘纳米碳铜箔，其特征在于：所述背胶层为弹性体型压敏胶或树脂型压敏胶或丙烯酸类压敏胶。