CN106634047B - 一种含石墨烯的复合电子导热散热材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种含石墨烯的复合电子导热散热材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料的制备方法、利用该复合填料制备出的含石墨烯的复合电子导热散热材料。所述制备方法包括以下步骤：室温下，将二氧化硅前驱体、氧化铝前驱体、二氧化钛前驱体、石墨烯材料一起在醇溶液中混合均匀，然后慢慢加入弱碱溶液，搅拌1‑3小时，二氧化硅前驱体、氧化铝前驱体、二氧化钛前驱体在石墨烯材料中分别成核生长为二氧化硅、氧化铝、二氧化钛，即得到石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料。该复合填料可制备性能优良的复合电子导热散热材料。

Description

一种含石墨烯的复合电子导热散热材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于导热散热材料，特别涉及一种含石墨烯为主的复合填料以及利用该复合填料制备出的含石墨烯的复合电子导热散热材料。
背景技术
随着电子器件与设备的功率密度与集成化密度越来越高，电子器件与设备的散热要求也越来越重要。电子器件与设备在运行过程中会产生大量的热量，这些热量若不散发出去会影响电子器件与设备的寿命与期器件性能稳定性。目前电子器件与设备的散热材质一般选用导热率高的金属如铝、铜、银等，上述金属热导率高但是热辐射率很低，限制了热量向外辐射消散速率。在此，本发明以石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛等复合填料作为高导热、高热辐射率的复合填料制备性能优良的散热材料。
发明内容
为了解决现有技术中存在的金属热导率高、热辐射率很低的问题，本发明提供了一种石墨烯/二氧化硅/氧化铝复合填料应用于制备散热材料，制备出的复合填料具有高导热率、高辐射率、与成膜物质有良好热传到界面的优势，使得制备的含石墨烯的复合电子导热散热材料具有良好的导热散热效果。
本发明所提供的技术方案具体如下：
一种石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料的制备方法，包括以下步骤：室温下，将二氧化硅前驱体、氧化铝前驱体、二氧化钛前驱体、石墨烯材料一起在醇溶液中混合均匀，然后慢慢加入弱碱溶液，搅拌1-3小时，二氧化硅前驱体、氧化铝前驱体、二氧化钛前驱体在石墨烯材料中分别成核生长为二氧化硅、氧化铝、二氧化钛，即得到石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料；所述的石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料中，二氧化硅的质量分数为0.1-30wt％，氧化铝的质量分数为0.1-30wt％，二氧化钛的质量分数为0.1-30wt％，石墨烯材料的质量分数为0.1-35wt％。
所述的石墨烯材料为氮掺杂石墨烯、硫掺杂石墨烯、磷掺杂石墨烯、氟掺杂石墨烯、氯掺杂石墨烯、石墨烯、氧化石墨烯的一种或几种；所述的二氧化硅前驱体为正硅酸四(1,1,1,3,3,3-六氟异丙基)酯、正硅酸四异丙酯、正硅酸异丙酯、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丁酯中的一种或几种；所述的氧化铝前驱体为异丙醇铝、硝酸铝、氯化铝、硫酸铝铵、碳酸铝铵、三氟化铝中的一种或几种；所述的二氧化钛前驱体为钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、四氯化钛、三氯化钛中的一种或几种。
所述的弱碱溶液中含有添加剂，所述的添加剂为盐酸、碳酸氢钙、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乳酸、聚乙二醇、石蜡中的一种或几种。
一种石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料，由上述制备方法制备得到。
上述石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料在热传导领域中的应用。
一种含石墨烯的复合电子导热散热材料的制备方法，包括以下步骤：将上述石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料、主要成膜物质、辅助填料一起混合均匀，即得到含石墨烯的复合电子导热散热材料；
所述的含石墨烯的复合电子导热散热材料中，石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料的含量占含石墨烯的复合电子导热散热材料的1-85wt％；
所述的辅助填料为氧化镁、氧化硼、氧化铌、硅藻泥、氧化镍、氧化铁、炭黑、碳纳米管、氮化铝、活性炭、氮化硼、氧化钛、氧化锌中的一种或几种；所述辅助填料的含量占石墨烯复合电子导热散热复合材料的1-35wt％；
所述主要成膜物质的含量占含石墨烯的复合电子导热散热材料的1-90wt％。
所述的主要成膜物质为水性成膜物质或油性成膜物质；
所述的水性成膜物质为水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性环氧树脂、水性丁苯橡胶树脂、水性醇酸树脂、水性有机硅树脂中的一种或几种；
所述的油性成膜物质为环氧树脂、溶剂型聚氨酯、双组份有机硅树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂中的一种或几种。
所述的主要成膜物质为丙烯酸单体、苯乙烯单体、聚乙二醇、异氰酸酯单体、丁二烯单体、邻苯二甲酸酐、己二醇中的一种。
一种含石墨烯的复合电子导热散热材料，由上述制备方法制备得到。
上述含石墨烯的复合电子导热散热材料作为散热材料的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明制备的石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料具有良好的导热率(1-5W/mK)、热辐射率(0.95-0.98)及与主要成膜物质有优良的热传导界面，在热传导领域具有很大的发展前景。
(2)本发明将石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料与主要成膜物质一起搅拌混合或研磨，再添加辅助填料，即能得到性能优良的含石墨烯的复合电子导热散热材料，操作简单，使用方便，用于工业生产中能够节省大量的生产成本。
附图说明
图1为新制备的含石墨烯的复合电子导热散热材料的图片。
图2为含石墨烯的复合电子导热散热材料涂覆在铝箔基底上的图片。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进一步阐释，但不作对其进行限定。
实施例1
室温下，将5g石墨烯、30g异丙醇铝、50mL正硅酸乙酯、6mL钛酸正丁酯、350mL乙醇混合，搅拌15分钟，混合均匀；然后缓慢滴加8mL氨水，继续搅拌2小时，将得到的反应液固液分离，将固体干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料。
室温下，将得到的石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料加入到150g水性丙烯酸树脂中，继续搅拌30分钟，随后加入20g氧化镁，搅拌分散2小时，即得到含石墨烯的复合电子导热散热材料。
实施例2
室温下，将15g硫掺杂石墨烯、75g异丙醇铝、100mL正硅酸乙酯、3mL钛酸正丁酯、750mL乙醇混合，搅拌15分钟，混合均匀；然后缓慢滴加15mL氨水，继续搅拌2小时，将得到的反应液固液分离，将固体干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料。
室温下，将得到的石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料加入到500g水性聚氨酯中，继续搅拌30分钟，随后加入60g氮化硼，搅拌分散2小时，即得到含石墨烯的复合电子导热散热材料。
实施例3
室温下，将5g磷掺杂石墨烯、15g硝酸铝、25mL正硅酸乙酯，8mL四氯化钛、150mL乙醇一起搅拌15分钟，混合均匀；然后缓慢滴加含有5g碳酸氢钠的水溶液，继续搅拌2小时，将得到的反应液固液分离，将固体干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料。
室温下，将得到的石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料加入到75g水性环氧树脂中，继续搅拌30分钟，随后加入10g氧化铁，搅拌分散2小时，即得到含石墨烯的复合电子导热散热材料。
实施例4
室温下，将5g氟掺杂石墨烯、60g氯化铝、15mL正硅酸四(1,1,1,3,3,3-六氟异丙基)酯、3mL钛酸正丁酯、380mL异丙醇一起搅拌25分钟，混合均匀；然后缓慢滴加含有15g碳酸氢钠的水溶液，继续搅拌2小时，将得到的反应液固液分离，将固体干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料。
室温下，将得到的石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料加入到115g水性聚氨酯中，继续搅拌30分钟，随后加15g氧化镁，搅拌分散2小时，即得到含石墨烯的复合电子导热散热材料。
实施例5
室温下，将5g氧化石墨烯、15g异丙醇铝、25mL正硅酸乙酯、2mL钛酸异丙酯、250mL乙醇一起搅拌15分钟，混合均匀；然后缓慢滴加5mL氨水，继续搅拌2小时，将得到的反应液固液分离，将固体干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料。
室温下，将得到的石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料加入到60g双组份聚二甲基硅氧烷中，随后加10g氧化铁，搅拌分散2小时，即得到含石墨烯的复合电子导热散热材料。
实施例6
室温下，将5g氮掺杂石墨烯、16g异丙醇铝、28mL正硅酸四异丙酯、3mL钛酸异丙酯、250mL乙醇一起搅拌15分钟，混合均匀；然后缓慢滴加含2g碳酸氢钠的10mL水溶液，继续搅拌2小时，将得到的反应液固液分离，将固体干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料。
室温下，将得到的石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料加入到60g双组份聚二甲基硅氧烷中，随后加10g氧化铁，搅拌分散2小时，即得到含石墨烯的复合电子导热散热材料。
实施例7
将5g含石墨烯的复合电子导热散热材料滴加在切好的铝箔一端，用涂抹器匀速在涂料上方划过，得到的铝箔在80℃下烘干6小时，得到含石墨烯的复合电子导热散热材料涂层的铝箔。
经测试：含石墨烯的复合电子导热散热材料涂层厚度在5-25微米之间时，散热性能稳定；涂层厚度大于50微米时，散热性能下降。烘干的薄膜热导率为0.3-5W/mK。当含石墨烯的复合电子导热散热材料中添加有机成膜物质时，其耐温范围为-50-200℃，当含石墨烯的复合电子导热散热材料中添加无机成膜物质时，其耐温范围为-50-800℃。
表1散热涂料在15W LED温度测试结果
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：室温下，将二氧化硅前驱体、氧化铝前驱体、二氧化钛前驱体、石墨烯材料一起在醇溶液中混合均匀，然后慢慢加入弱碱溶液，搅拌1-3小时，二氧化硅前驱体、氧化铝前驱体、二氧化钛前驱体在石墨烯材料中分别成核生长为二氧化硅、氧化铝、二氧化钛，即得到石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料；所述的石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料中，二氧化硅的质量分数为0.1-30wt％，氧化铝的质量分数为0.1-30wt％，二氧化钛的质量分数为0.1-30wt％，石墨烯材料的质量分数为0.1-35wt％；所述的石墨烯材料为氮掺杂石墨烯、硫掺杂石墨烯、磷掺杂石墨烯、氟掺杂石墨烯、氯掺杂石墨烯、石墨烯、氧化石墨烯的一种或几种；所述的二氧化硅前驱体为正硅酸四(1,1,1,3,3,3-六氟异丙基)酯、正硅酸四异丙酯、正硅酸异丙酯、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丁酯中的一种或几种；所述的氧化铝前驱体为异丙醇铝、硝酸铝、氯化铝、硫酸铝铵、碳酸铝铵、三氟化铝中的一种或几种；所述的二氧化钛前驱体为钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、四氯化钛、三氯化钛中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的弱碱溶液中含有添加剂，所述的添加剂为碳酸氢钙、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、石蜡中的一种或几种。
3.一种石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料，其特征在于：由权利要求1或2所述的制备方法制备得到。
4.一种含石墨烯的复合电子导热散热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求3所述的石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料、主要成膜物质、辅助填料一起混合均匀，即得到含石墨烯的复合电子导热散热材料；
所述的含石墨烯的复合电子导热散热材料中，石墨烯/二氧化硅/氧化铝/二氧化钛复合填料的含量占含石墨烯的复合电子导热散热材料的1-85wt％；
所述的辅助填料为氧化镁、氧化硼、氧化铌、硅藻泥、氧化镍、氧化铁、炭黑、碳纳米管、氮化铝、活性炭、氮化硼、氧化钛、氧化锌中的一种或几种；所述辅助填料的含量占石墨烯复合电子导热散热复合材料的1-35wt％；
所述主要成膜物质的含量占含石墨烯的复合电子导热散热材料的1-90wt％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的主要成膜物质为水性成膜物质或油性成膜物质；
所述的水性成膜物质为水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性环氧树脂、水性丁苯橡胶树脂、水性醇酸树脂、水性有机硅树脂中的一种或几种；
所述的油性成膜物质为环氧树脂、溶剂型聚氨酯、双组份有机硅树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的主要成膜物质为丙烯酸单体、苯乙烯单体、异氰酸酯单体、丁二烯单体、邻苯二甲酸酐中的一种。
7.一种含石墨烯的复合电子导热散热材料，其特征在于：由权利要求4-6任一项所述的制备方法制备得到。
8.权利要求7所述的含石墨烯的复合电子导热散热材料作为散热材料的应用。
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