CN109729699A - 一种相变石墨烯导热垫片、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相变石墨烯柔性导热片、制备方法及其应用，由膨胀石墨加热膨胀后压制成片，浸泡在氧化石墨烯溶液1‑3天后，真空干燥4‑24小时，压制紧实后高温退火做为中间层；以膨胀石墨、氧化石墨烯、高分子相变材料和其余添加剂为原料混合、压制成片做为上、下两层，和中间层叠放后一起加热压制成片。最终获得的相变石墨烯柔性导热片可用做大功率LED电路板、大功率器件与散热器之间的柔性导热片。

Description

一种相变石墨烯导热垫片、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种相变石墨烯导热垫片、制备方法及其应用。
背景技术
散热不良导致的芯片温度过高是导致电子器件失效最主要的原因之一，目前大功率器件与散热器之间采用导热胶粘结，但常见的导热胶的导热系数往往小于10W/mK，远低于器件或散热器的导热系数，成为导热通路上的瓶颈。
替代导热胶的方案之一是采用柔性导热垫片，将柔性导热垫片置于大功率器件和散热器之间，通过紧固件锁紧，但柔性导热垫片与散热器、柔性散热片与器件之间的固-固界面往往难以长期紧密结合，往往有空气间隙存在，由于空气是热的不良导体，会造成大功率器件工作时导热性能不佳。研究表明一种包裹相变材料的密闭空腔式散热片，其空腔内的相变材料在升温时气化导致内部压力升高，加强了散热片与热源的连接，但该散热片使用金属基材，成本较高，并且对散热器的密封技术要求较高，与散热器、功率器件之间仍是固-固接触。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种相变石墨烯导热垫片、制备方法及其应用，解决了上述背景技术中的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种相变石墨烯导热垫片的制备方法，包括如下步骤：
(1)中间层的制备：取膨胀石墨，加热膨胀后压制成片，浸泡在氧化石墨烯溶液1～3天后，真空干燥4～24小时，压制紧实后200～800℃高温退火制得中间层；
(2)包覆层的制备：以膨胀石墨、氧化石墨烯、高分子相变材料和添加剂为原料，混合、压制成片制成包覆层；
(3)垫片的制备：取两个包覆层，分别叠放于中间层的上、下两侧，加热压制成片制得垫片成品。
在本发明一较佳实施例中，所述包覆层的各组分原料的质量份数为石墨基材料20～80份、相变材料10～30份、添加剂5～10份，其中石墨基材料包括膨胀石墨和氧化石墨烯。
在本发明一较佳实施例中，所述高分子相变材料的固-液相变温度为40～150℃，包括聚乙二醇、石蜡、高密度聚乙烯，通过选用不同分子量的材料，固-液相变温度优选为40～90℃。
在本发明一较佳实施例中，所述添加剂为增韧剂，包括POE-g-MAH、PP-g-MAH。
在本发明一较佳实施例中，退火气氛采用还原性气氛，包括高温水蒸汽、氢气。
本发明利用上述方法制备的相变石墨烯导热垫片，包括由上到下依次设置的上包覆层、中间层和下包覆层，所述上包覆层、下包覆层工作时部分发生相变，上包覆层、下包覆层分别与大功率器件、散热器间形成固-液界面紧密接触。
在本发明一较佳实施例中，为柔性导热垫片。
在本发明一较佳实施例中，所述中间层的导热系数至少为400W/mK。
本发明还提供了上述制备的相变石墨烯导热垫片在散热方面的应用。
在本发明一较佳实施例中，作为大功率LED电路板、大功率器件与散热器之间的导热器件。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.高分子相变材料在大功率器件工作时部分发生相变，使导热片与大功率器件、导热片与散热器的界面由固-固界面变成固-液界面，实现更紧密的接触，同时通过相变吸热，获得更低的热阻。
2.中间层石墨片的导热系数超过400W/mK，能够使热量沿柔性导热片快速分散，防止局部出现热点。
3.本发明的制造方法不需要石墨化高温过程，能耗低，无明显的废料排放，制作成本低。
附图说明
图1为本发明相变石墨烯导热垫片结构示意图。
图2为中间层实物图。
图3为包覆层实物图。
图4为相变石墨烯导热垫片实物图。
具体实施方式
请查阅图1-4，本实施例的一种相变石墨烯导热垫片的制备方法，包括如下步骤：
(1)900℃膨胀石墨，用自封袋装好，通过双辊辊压机反复滚压成片，浸泡在GO溶液2天，70℃真空干燥24小时，滚压致紧实，在400℃高温水蒸汽气氛退火2小时；获得的中间层1石墨片如图2所示；
(2)900℃膨胀石墨质量分数75％，高密度聚乙烯15％，增韧剂POE-g-MAH 5％，氧化石墨烯5％混合后200℃热压成片，获得的上、下层石墨/高分子相变材料片(包覆层2)如图2所示。
(3)取步骤(1)获得的中间层1一片，步骤(2)获得的包覆层2二片叠放在一起，步骤(1)获得的石墨片居中，200℃热压成型。
上述方法获得的相变石墨烯柔性导热片如图1和4所示，包括由上到下依次设置的上包覆层、中间层1和下包覆层，所述上包覆层、下包覆层工作时部分发生相变，上包覆层、下包覆层与中间层1间形成固-液界面紧密接触。该垫片为柔性导热垫片，中间层1的导热系数至少为400W/mK，可作为大功率LED电路板、大功率器件与散热器之间的导热器件，具有良好的导热、散热效果。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种相变石墨烯导热垫片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)中间层的制备：取膨胀石墨，加热膨胀后压制成片，浸泡在氧化石墨烯溶液1～3天后，真空干燥4～24小时，压制紧实后200～800℃高温退火制得中间层；
(2)包覆层的制备：以膨胀石墨、氧化石墨烯、高分子相变材料和添加剂为原料，混合、压制成片制成包覆层；
(3)垫片的制备：取两个包覆层，分别叠放于中间层的上、下两侧，加热压制成片制得垫片成品。
2.根据权利要求1所述的一种相变石墨烯导热垫片的制备方法，其特征在于：所述包覆层的各组分原料的质量份数为石墨基材料20～80份、相变材料10～30份、添加剂5～10份，其中石墨基材料包括膨胀石墨和氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种相变石墨烯导热垫片的制备方法，其特征在于：所述高分子相变材料的固-液相变温度为40～150℃，包括聚乙二醇、石蜡、高密度聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种相变石墨烯导热垫片的制备方法，其特征在于：所述添加剂为增韧剂，包括POE-g-MAH、PP-g-MAH。
5.根据权利要求1所述的一种相变石墨烯导热垫片的制备方法，其特征在于：退火气氛采用还原性气氛，包括高温水蒸汽、氢气。
6.如权利要求1～5任一项所述方法制备的相变石墨烯导热垫片，其特征在于：包括由上到下依次设置的上包覆层、中间层和下包覆层，所述上包覆层、下包覆层工作时部分发生相变，上包覆层、下包覆层分别与大功率器件、散热器间形成固-液界面紧密接触。
7.根据权利要求6所述的相变石墨烯导热垫片，其特征在于：为柔性导热垫片。
8.根据权利要求6所述的相变石墨烯导热垫片，其特征在于：所述中间层的导热系数至少为400W/mK。
9.如权利要求1～5任一项所述方法制备的相变石墨烯导热垫片在散热方面的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：作为大功率LED电路板、大功率器件与散热器之间的导热器件。
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