CN110218362A - 一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，在保证良好的机械性能的同时，具有较高的导热、导电性能，有利于提高橡胶的抗静电和散热效果。本发明还公开了上述石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶的制备方法，其特征在于，在氮化铝表面通过ALD沉积一层薄且致密的导热性能良好的氧化铝。随后，由于氧化铝与氧化石墨表面的含氧基团具有较强的相互作用，使氮化铝离子可以均匀地分散在氧化石墨烯中，再采用激光还原固态复合材料，获得石墨烯/氧化铝/氮化铝填料。本发明的制备方法可有效的抑制氮化铝粒子团聚，并使得石墨烯均匀涂覆在氮化铝表面，作为导热填料，有利于提高橡胶的导热导电性能。此外，此制备方法易于实现，适合形成大规模的应用。

Description

一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶及其制备 方法
技术领域
本发明涉及石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，特别涉及一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶及其制备方法。
背景技术
随着航空航天及电子电器领域技术的不断进步，对其中的复合材料提出了新的要求：良好的导热性能，能够承受高温并迅速传递出设备中的热量。
硅橡胶为基体的导热橡胶，常用作电子电器元件接触的散热基板和封装元件。它可分为本征型和填充型导热橡胶。通常情况下，橡胶是热和电的不良导体，若制备本征型的导热橡胶，技术上难以突破，成本较高。因此，一般采用填充高导热系数的填料来制备导热橡胶。
市场上针对导热填料的研究很多，例如，采用填料氢氧化镁、氢氧化铝等，成本优势明显，然而在高热条件下会生成水，影响橡胶的使用寿命；碳纳米管作为填料，导热导电性能很好，但价格昂贵，难以实现大规模应用。由此可见，提出合理的橡胶导热解决方案，在不影响其他性能的情况下，提高导热性能并满足实际应用具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，在保证良好的机械性能的同时，具有较高的导热、导电性能，有利于提高橡胶的抗静电和散热效果。此外，本发明的制备方法易于实现，适合形成大规模的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
所述的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，由以下组分按重量百分比混合制备：石墨烯5％-20％，氧化铝0.25-2％，氮化铝5％-20％，填料1％-5％，橡胶50％-90％；
所述石墨烯的层数在1-50层。
所述氮化铝的粒径为20-200nm，所述氮化铝的粒径:氧化铝:石墨烯的厚度＝(10-200):(0.5-1):(0.5-1)。
所述填料为导电炭黑和硬脂酸中选择，并与硫磺、白炭黑、有机化金属、防老剂的组合，其中所述有机化金属为过渡金属有机络合物，过渡金属的金属元素在锌、铁、锡中选择。
所述橡胶为天然橡胶、丁腈橡胶或丁苯橡胶中选择。
所述的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用原子层沉积(ALD)，将氧化铝均匀附着在氮化铝粒子表面；
(2)将步骤(1)所得的表面修饰的氮化铝粒子加入到氧化石墨烯的的浓缩液中，超声分散；
(3)将步骤(2)所得的复合材料浓缩，烘干；
(4)用激光照射步骤(3)中所得的复合材料粉末，还原即得石墨烯/氧化铝/氮化铝导热填料；
(5)将步骤(4)所得的导热填料与其余填料混合均匀，再和橡胶通多开炼机或者密炼机机械混炼，冷却后即得石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶。
所述的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，在电子电器领域中应用。
本发明的原理如下：
本发明中采用氮化铝这种刚性粒子增强橡胶的机械性能，然而较小尺寸的氮化铝离子易发生团聚。因此，在氮化铝表面通过ALD沉积一层薄且致密的导热性能良好的氧化铝。随后，由于氧化铝与氧化石墨表面的含氧基团具有较强的相互作用，使氮化铝离子可以均匀地分散在氧化石墨烯中，再采用激光还原固态复合材料，获得石墨烯/氧化铝/氮化铝填料。本发明的制备方法有效的抑制氮化铝粒子团聚，并使得石墨烯均匀涂覆在氮化铝表面，作为导热填料，有利于提高橡胶的导热导电性能。
与现有技术相比，本发明具有以下潜在优点和有益效果：
(1)本发明的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶容易加工制备，适合于实际应用。
(2)本发明的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶具有良好的导热导电性能。
(3)本发明的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶保持着良好的机械性能。
附图说明
图1为本发明的实施例的石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶制备流程图。
图2为本发明的实施例的石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶和普通橡胶对比的模量测试数据。
图3为本发明的实施例的石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶和普通橡胶对比的导热系数数据。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，由以下组分按重量百分比混合制备：石墨烯6％，氧化铝2％，氮化铝20％，填料2％，橡胶70％。
本实施例的一种石墨烯透明导电电极的制备方法(图1)，包括以下步骤：
步骤1：利用原子层沉积，将氧化铝均匀附着在氮化铝粒子表面，厚度为5nm。
步骤2：将步骤1的氧化铝表面修饰的氮化铝粒子(100mg)、加入到30mg的石墨烯水溶液中(浓度为30mg/mL)，超声分散2h。
步骤3：将步骤2所得的溶液浓缩，烘干24h。
步骤4：利用激光照射步骤3中的复合材料粉末，激光的强度约为5mW,所用激光的波长为788nm,还原即得石墨烯/氧化铝/氮化铝导热填料。氮化铝的粒径:氧化铝:石墨烯的厚度约为10:1:1。
步骤5：将步骤(4)所得的导热填料与其余填料混合均匀，再和橡胶通多开炼机或者密炼机机械混炼，混炼参数：辊温约40-60℃，辊速约为14-20r/min，混炼温度约为70-200℃，压力约为0.3-0.6MPa，冷却后即得石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶。
对本实施例的石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶进行模量和导热性能测试，具体如下：
对本实施例的石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶和普通橡胶对比进行模量测试，由图2可明显看出，相比于普通橡胶，填充石墨烯/氧化铝/氮化铝后，模量明显提高。
对本实施例的石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶和普通橡胶对比进行导热性能测试，由图3可明显看出，相比于普通橡胶，填充石墨烯/氧化铝/氮化铝后，导热系数明显提高。
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所述实施例的限制，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 (7)

1.所述的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，由以下组分按重量百分比混合制备：石墨烯5％-20％，氧化铝0.25-2％，氮化铝5％-20％，填料1％-5％，橡胶50％-90％。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，其特征在于，所述石墨烯的层数在1-50层。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，其特征在于，所述氮化铝的粒径为20-200nm，所述氮化铝的粒径:氧化铝:石墨烯的厚度＝(10-200):(0.5-1):(0.5-1)。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，其特征在于，所述填料为导电炭黑和硬脂酸中选择，并与硫磺、白炭黑、有机化金属、防老剂的组合，其中所述有机化金属为过渡金属有机络合物，过渡金属的金属元素在锌、铁、锡中选择。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，其特征在于，所述橡胶为天然橡胶、丁腈橡胶或丁苯橡胶中选择。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用原子层沉积，将氧化铝均匀附着在氮化铝粒子表面；
(2)将步骤(1)所得的表面修饰的氮化铝粒子加入到氧化石墨烯的的浓缩液中，超声分散；
(3)将步骤(2)所得的复合材料浓缩，烘干；
(4)用激光照射步骤(3)中所得的复合材料粉末，还原即得石墨烯/氧化铝/氮化铝导热填料；
(5)将步骤(4)所得的导热填料与其余填料混合均匀，再和橡胶通多开炼机或者密炼机机械混炼，冷却后即得石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶。
7.权利要求1～6所述的一种石墨烯/氧化铝/氮化铝界面导热导电增强橡胶，在电子电器领域中应用。
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