CN109181492A - 一种用于电子元件的石墨烯散热涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电子元件的石墨烯散热涂料，包括以下重量份数的组分：环氧树脂50～60份；石墨烯‑氯化铝10～20份；纳米陶瓷微粒1～5份；导热金属粉1～5份；分散剂0.5～2份；消泡剂0.5～2份；溶剂100～200份；其中石墨烯‑氯化铝形成导热网层，所述纳米陶瓷微粒的粒径为5～10nm，所述导热金属粉的粒径为20～50nm。本发明解决了现有技术中电子产品存在导热散热难的问题。

Description

一种用于电子元件的石墨烯散热涂料
技术领域
本发明涉及石墨烯散热涂料技术领域，具体涉及一种用于电子元件的石墨烯散热涂料。
背景技术
电子信息技术的飞速发展对电子器件运行速度要求越来越快，电子器件功率越来越大，而体积越来越小，因此电子器件由于功耗大而引起的温升急剧升高，温度的升高又给电子器件的可靠性带来很大挑战。温度对电子元件的故障率影响非常大，电子元件温度每降低1℃，就可以使故障率减小4％；在正常工作的温度基础上，温度升高10℃就会造成电子元件彻底性损坏。因此，为了能够使器件发挥最佳性能并确保高可靠性，必须确保发热电子元器件所产生的热量能够及时导出。
在LED领域温度会严重影响光输出效率，由25℃升高至100℃，光输出效率减少50％左右，同时使用寿命减少60％，散热问题是制约LED电子产品发展的重要瓶颈。
因为石墨烯导热性极高(导热系数达到5000w/m·k)，所以将石墨烯作为导热材料开发石墨烯散热材料成为一个新的研究方向，但是普通石墨烯导热材料涂膜的散热效果并不明显，也不能解决现有的电子产品散热问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种解决现有技术中电子产品存在导热散热难的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种用于电子元件的石墨烯散热涂料，包括以下重量份数的组分：环氧树脂50～60份；石墨烯-氯化铝10～20份；纳米陶瓷微粒1～5份；导热金属粉1～5份；分散剂0.5～2份；消泡剂0.5～2份；溶剂100～200份；其中石墨烯-氯化铝形成导热网层，所述纳米陶瓷微粒的粒径为5～10nm，所述导热金属粉的粒径为20～50nm。
分散剂为常用的高分子量分散剂，可选用聚氨酯或聚丙烯酸酯分散剂，以提高高分子树脂对导热材料的润湿性，这样有利于导热材料的分散。消泡剂为有机硅类或非硅类消泡剂，用于消除涂料制造过程产生的气泡，作为优选，选择有机硅类消泡剂。分散剂和消泡剂的总含量不宜过高，否则会影响涂膜的机械性能。所述惰性溶剂一般选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲基异丁基甲酮和乙二醇甲醚中的一种或者两种以上。
作为优选的技术方案，所述环氧树脂是酚醛环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂中的一种或几种混合。
作为优选的技术方案，纳米陶瓷微粒是氧化铝、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氮化硼中的一种或几种混合。纳米陶瓷微粒与石墨烯具有良好的界面相溶性，纳米陶瓷微粒也具有良好的吸波能力，添加入电子元件的散热涂料中使涂料具备良好的耐磨，耐高温性能。
作为优选的技术方案，所述导热金属粉是纳米银、纳米锰、纳米铜、纳米锆中的一种或几种混合。纳米锆具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损和抗氧化等优良特性，广泛应用于结构材料、电学材料、耐火材料、光学材料及涂料、油漆、催化剂等无机非金属材料中。
作为优选的技术方案，所述分散剂和消泡剂的总量为1～5份。
一种用于电子元件石墨烯散热涂料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)石墨烯-氯化铝的制备：取鳞片石墨、高氯酸、磷酸、乙酸酐和氯化铝在40℃下均匀混合，在高压反应釜中反应60min，鳞片石墨、高氯酸、磷酸、乙酸酐和氯化铝的质量比为1：3～4：2～2.5：1～1.5：0.1～0.5，在惰性气体保护下快速升温至300～500℃，热冲击5～10min，冷却至室温；
(2)取步骤(1)中的石墨烯-氯化铝，纳米陶瓷微粒、导热金属粉和分散剂在惰性气体保护于微波振荡釜中充分反应，反应温度280～340℃，反应时间60～90min，微波振荡频率为2450MHz；
(3)步骤(2)中的反应釜中在超声和超高速搅拌过程，加入环氧树脂、分散剂、消泡剂和溶剂，在50～70℃保温反应3～6h获得混合物料，将混合物料通过胶体磨研磨分散，制得石墨烯散热涂料。
本发明的优点和有益效果在于：采用金属卤化物作为插层剂降低了膨胀石墨中硫含量，改善了石墨烯制品的性能，采用氯化铝作为插层剂具有良好的热导率，提高了石墨烯的导热散热效果。本发明的石墨烯散热涂料具有质量轻、涂膜强度高、导热散热效果优异等特点，可被广泛应用于日常电子产品中，有利于电子产品小型化、轻型化、高功率化发展。本发明中的制备方法，工艺简单，制备成本低，采用常规的制备设备即可实现石墨烯散热涂料的制备，具有良好的实用性。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种用于电子元件的石墨烯散热涂料，包括以下重量份数的组分：酚醛环氧树脂50g；石墨烯-氯化铝10g；氧化铝纳米陶瓷微粒1g，球状；纳米银导热金属粉1g，球状；分散剂(聚氨酯类AFCONA-4010)2g；消泡剂(有机硅类AFCONA-2501)1g；乙酸乙酯和乙酸丁酯混合液100g；其中石墨烯-氯化铝形成导热网层，所述纳米陶瓷微粒的粒径为5～10nm，所述导热金属粉的粒径为20～50nm。
(1)石墨烯-氯化铝的制备：取10g鳞片石墨、30g高氯酸、25g磷酸、15g乙酸酐和5g氯化铝在40℃下均匀混合，在高压反应釜中反应60min，在惰性气体保护下快速升温至300℃，热冲击5min，冷却至室温，高压反应釜的压力为5.5～6MPa；
(2)按照比例称取步骤(1)中的石墨烯-氯化铝，纳米陶瓷微粒、导热金属粉和分散剂在惰性气体保护于微波振荡釜中充分反应，反应温度280～340℃，反应时间60min，微波振荡频率为2450MHz；
(3)步骤(2)中的反应釜中在超声和超高速搅拌过程，加入环氧树脂、分散剂、消泡剂和溶剂，搅拌机的转速为2000rpm，在50～70℃保温反应3h获得混合物料，将混合物料通过胶体磨研磨分散，制得石墨烯散热涂料。
通过石墨烯，导热金属粉和纳米陶瓷微粒形成均匀导热网，将热源产生的热量精油导热网传递到石墨烯涂层表面，石墨烯再以对流和红外辐射的形式散发出去，大幅降低了电子产品的热源温度。
实施例2
一种用于电子元件的石墨烯散热涂料，包括以下重量份数的组分：酚醛环氧树脂60g；石墨烯-氯化铝15g；氮化硅纳米陶瓷微粒3g，球状；纳米锆导热金属粉1g，球状；分散剂(TLT-908)1g；消泡剂(有机硅类SXP-107-1)2g；丙二醇甲醚醋酸酯150g；其中石墨烯-氯化铝形成导热网层，所述纳米陶瓷微粒的粒径为5～10nm，所述导热金属粉的粒径为20～50nm。
(1)石墨烯-氯化铝的制备：取10g鳞片石墨、40g高氯酸、20g磷酸、10g乙酸酐和5g氯化铝在40℃下均匀混合，在高压反应釜中反应60min，在惰性气体保护下快速升温至300℃，热冲击5min，冷却至室温；
(2)按照比例称取步骤(1)中的石墨烯-氯化铝，纳米陶瓷微粒、导热金属粉和分散剂在惰性气体保护于微波振荡釜中充分反应，反应温度280～340℃，反应时间60min，微波振荡频率为2450MHz；
(3)步骤(2)中的反应釜中在超声和超高速搅拌过程，加入环氧树脂、分散剂、消泡剂和溶剂，搅拌机的转速为1000rpm，在50～70℃保温反应3h获得混合物料，将混合物料通过胶体磨研磨分散，制得石墨烯散热涂料。
石墨烯、纳米陶瓷微粒、导热金属粉作为导热材料开发的新型结构的石墨烯散热涂料具有更好的导热散热效果，新型结构石墨烯散热涂料在散热器上的应用，能大幅度降低散热器热源温度，降低幅度达到40％以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于电子元件的石墨烯散热涂料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：环氧树脂50～60份；石墨烯-氯化铝10～20份；纳米陶瓷微粒1～5份；导热金属粉1～5份；分散剂0.5～2份；消泡剂0.5～2份；溶剂100～200份；其中石墨烯-氯化铝形成导热网层，所述纳米陶瓷微粒的粒径为5～10nm，所述导热金属粉的粒径为20～50nm。
2.根据权利要求1所述的一种用于电子元件的石墨烯散热涂料，其特征在于，所述环氧树脂是酚醛环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种用于电子元件的石墨烯散热涂料，其特征在于，纳米陶瓷微粒是氧化铝、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氮化硼中的一种或几种混合。
4.根据权利要求3所述的一种用于电子元件的石墨烯散热涂料，其特征在于，所述导热金属粉是纳米银、纳米锰、纳米铜、纳米锆中的一种或几种混合。
5.根据权利要求4所述的一种用于电子元件的石墨烯散热涂料，其特征在于，所述分散剂和消泡剂的总量为1～5份。
6.一种用于电子元件石墨烯散热涂料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
(1)石墨烯-氯化铝的制备：取鳞片石墨、高氯酸、磷酸、乙酸酐和氯化铝在40℃下均匀混合，在高压反应釜中反应60min，鳞片石墨、高氯酸、磷酸、乙酸酐和氯化铝的质量比为1：3～4：2～2.5：1～1.5：0.1～0.5，在惰性气体保护下快速升温至300～500℃，热冲击5～10min，冷却至室温；
(2)取步骤(1)中的石墨烯-氯化铝，纳米陶瓷微粒、导热金属粉和分散剂在惰性气体保护于微波振荡釜中充分反应，反应温度280～340℃，反应时间60～90min，微波振荡频率为2450MHz；
(3)步骤(2)中的反应釜中在超声和超高速搅拌过程，加入环氧树脂、分散剂、消泡剂和溶剂，在50～70℃保温反应3～6h获得混合物料，将混合物料通过胶体磨研磨分散，制得石墨烯散热涂料。
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