CN114181668A - 一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热界面材料技术领域，具体涉及一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂及其制备方法，为提升相变导热硅脂的导热系数，提高其应用价值，本发明公开了一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，所述相变导热硅脂包括硅油、氧化铝、二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料、相变材料和硅烷偶联剂，本发明将氧化铝和二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料混配使用作导热填料，使相变导热硅脂的导热性能得到大大的提高，能够满足对导热系数有高要求的电子产品的散热需求。

Description

一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅 脂及其制备方法
技术领域
本发明属于热界面材料技术领域，具体涉及一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂及其制备方法。
背景技术
随着电子信息技术的发展，封装密度的不断提高，元器件工作效率在提升的同时，也出现了热量急剧积累的问题，导致电子器件发生过热现象，而过热问题也已经成为限制电子器件发展的瓶颈。
金属、无机材料等传统导热材料的导热性能虽然好，但由于脆加工困难、导电等因素，使它们在电子器件领域中的应用受到了限制。相变导热硅脂简称“硅脂”，俗称“导热膏”或“散热膏”，是呈膏状的高效散热产品，是由导热填料与基体硅油通过表面处理技术等混合而成的高导热绝缘有机硅材料，可以在-50～230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。作为一种新型的热界面材料，导热硅脂能够紧密接触冷热金属的界面，可以显著地减小因接触空隙而产生的热阻，提高散热效果，因而被广泛用于汽车、电脑、散热器、电源供应器、军工产品及电机控制器等产品的散热中。然而，随着高精密电子产品的日趋发展，部分特殊电子产品对相变导热硅脂的性能要求也越来越高，特别是对导热系数有高要求的电子产品。因此，如何提升导热系数成为相变导热硅脂开发的关键，具有重要的现实意义和应用价值。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的首要目的是提供一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂。所述相变导热硅脂具有高导热的优点，能够满足对导热系数有高要求的电子产品的需求。
本发明的第二个目的是提供由上述含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂的制备方法。
本发明的上述第一个目的是通过以下技术方案来实现的：
一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，所述相变导热硅脂包括硅油、化铝、二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料、相变材料和硅烷偶联剂。
作为本发明的一个优选实施方式，上述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，按重量份计，包括以下原料：
硅油180～260份，氧化铝1500～2000份，二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料100～300份，相变材料30～80份，硅烷偶联剂10～25份。
优选地，所述二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的制备方法为：以氧化石墨烯和带OH基的二维六方氮化硼为主要原料，选用生物质原料多巴胺作为桥接剂，在碱性条件下，通过使多巴胺与氧化石墨烯和氮化硼这两种二维纳米材料表面的含氧官能团反应，将氧化石墨烯和氮化硼连结，最后通过高温还原去除二维纳米材料上剩余的含氧官能团，从而制备得到二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料。
更优选地，所述二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的制备方法为：将氧化石墨烯和带OH基的二维六方氮化硼分散于水中，再加入多巴胺，搅拌后加入Tris-HCl缓冲溶液调节PH至8～9，并升温至55～60℃搅拌2～4小时，过滤后烘干，最后在惰性气体保护下加热至900～1100℃，得到二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料。
本发明将氧化铝和二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料混配使用作导热填料，所制备出来的相变导热硅脂与不添加二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相比,导热系数得到了大大的提高，满足了对导热系数有高要求的电子产品的散热需求。
进一步地，氧化石墨烯和带OH基的二维六方氮化硼的质量比为1:1～3。
进一步地，多巴胺的加入量为氧化石墨烯和带OH基的二维六方氮化硼总质量的0.5％～1.5％。
优选地，所述硅油为不同粘度的甲基硅油中的一种或多种的混合物。
进一步地，所述甲基硅油的粘度为200～1000cps。
优选地，所述氧化铝为不同粒径的氧化铝中的一种或多种的混合物。
进一步地，所述氧化铝的粒径为1～30μm。
优选地，所述相变材料为不同种类蜡中的一种或多种的混合物。
进一步地，所述相变材料为石蜡或/和硅蜡。
优选地，所述硅烷偶联剂为不同种类硅烷偶联剂中的一种或多种的混合物。
进一步地，所述硅烷偶联剂为KH550或/和KH560。
本发明的上述第二个目的是通过以下技术方案来实现的：
上述含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂的制备方法，具体为：对硅油和相变材料进行搅拌后加入氧化铝、二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料和硅烷偶联剂，再次搅拌后升温加热至100～120℃，抽真空后经搅拌、冷却即得到含二维六方氮化硼石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂。
作为本发明的一个优选实施方式，上述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将硅油和相变材料置于80～90℃下真空搅拌5～20min，搅拌速度1500～3000rpm；
S2、加入氧化铝、二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料和硅烷偶联剂，真空搅拌1～3h，搅拌速度1500～3000rpm；
S3、升温加热至100～120℃，抽真空，搅拌10～30min，冷却至室温后即得到含二维六方氮化硼石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，所述相变导热硅脂包括硅油、化铝、二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料、相变材料和硅烷偶联剂，本发明将氧化铝和二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料混配使用作导热填料，使相变导热硅脂的导热性能得到大大的提高，能够满足对导热系数有高要求的电子产品的散热需求。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到。
实施例1二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的制备
将氧化石墨烯和带OH基的二维六方氮化硼(质量比为1:2)加入去离子水(水与氧化石墨烯和二维六方氮化硼总量的质量比为100：1)中，超声(700W)分散1小时，再加入多巴胺(质量为氧化石墨烯和二维六方氮化硼总质量的1％)，搅拌(1000r/min)10分钟，然后加入Tris-HCl缓冲溶液调节PH至8.5(Tris为三羟甲基氨基甲烷)，并升温至60℃搅拌(1000r/min)3小时，过滤，100℃下烘干，最后转移至CVD炉中，在氮气保护下加热至1000℃并维持2小时，最后自然冷却至室温得到二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料。
实施例2一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂
所述相变导热硅脂按下列重量份数的原料组成：
500cps甲基硅油250份，氧化铝1750份，实施例1的二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料50份，相变材料石蜡40份，硅烷偶联剂KH56015份。
制备方法为：按上述配比，将500cps甲基硅油和石蜡置于80～90℃下真空搅拌10min，搅拌速度为2000rpm；然后加入10μm球形氧化铝、二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料和KH560，真空搅拌2h，搅拌速度为2000rpm；再升温加热至110℃，抽真空排出水分和低分子，搅拌20min；最后冷却至室温，即得到含二维六方氮化硼石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂。
实施例3一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂
所述相变导热硅脂按下列重量份数的原料组成：
500cps甲基硅油250份，氧化铝1680份，实施例1的二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料120份，相变材料石蜡40份，硅烷偶联剂KH56015份。
制备方法为：将500cps甲基硅油和石蜡置于80～90℃下真空搅拌10min，搅拌速度为2000rpm；然后加入10μm球形氧化铝、二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料和KH560，真空搅拌2h，搅拌速度为2000rpm；再升温加热至110℃，抽真空排出水分和低分子，搅拌20min；最后冷却至室温，即得到含二维六方氮化硼石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂。
对比例1一种相变导热硅脂
所述相变导热硅脂按下列重量份数的原料组成：
500cps甲基硅油250份，氧化铝1800份，相变材料石蜡40份，硅烷偶联剂KH56015份。
制备方法为：按上述配比，将500cps甲基硅油和石蜡置于80～90℃下真空搅拌10min，搅拌速度为2000rpm；然后加入10μm球形氧化铝和KH560，真空搅拌2h，搅拌速度为2000rpm；再升温加热至110℃，抽真空排出水分和低分子，搅拌20min；最后冷却至室温，即得到相变导热硅脂。
实验例1导热系数测定
按照ISO/DIS22007标准的方法测量实施例1-2和对比例1的相变导热硅脂的导热系数，测试条件为：
预处理条件：23±2℃，50±5％RH，48h测试条件：23±2℃，50±5％RH测量时间：5s测试频率：20～200加热功率：50mW。
由表1可知，采用本发明方法所制备出来的相变导热硅脂与不添加二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相比,导热系数得到了大大的提高。
表1各相变导热硅脂的导热系数
组别 对比例1 实施例2 实施例3
导热系数/W(m·K)<sup>-1</sup> 2.70 3.11 3.65
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，其特征在于，所述相变导热硅脂包括硅油、氧化铝、二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料、相变材料和硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1所述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，其特征在于，按重量份计，所述相变导热硅脂包括以下原料：
硅油180～260份，氧化铝1500～2000份，二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料100～300份，相变材料30～80份，硅烷偶联剂10～25份。
3.根据权利要求2所述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，其特征在于，所述二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的制备方法为：以氧化石墨烯和带OH基的二维六方氮化硼为主要原料，选用生物质原料多巴胺作为桥接剂，在碱性条件下，通过使多巴胺与氧化石墨烯和氮化硼这两种二维纳米材料表面的含氧官能团反应，将氧化石墨烯和氮化硼连结，最后通过高温还原去除二维纳米材料上剩余的含氧官能团，从而制备得到二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料。
4.根据权利要求3所述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，其特征在于，所述二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的制备方法为：将氧化石墨烯和带OH基的二维六方氮化硼分散于水中，再加入多巴胺，搅拌后加入Tris-HCl缓冲溶液调节PH至8～9，并升温至55～60℃搅拌2～4小时，过滤后烘干，最后在惰性气体保护下加热至900～1100℃，得到二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料。
5.根据权利要求4所述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，其特征在于，氧化石墨烯和带OH基的二维六方氮化硼的质量比为1:1～3。
6.根据权利要求4所述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，其特征在于，多巴胺的加入量为氧化石墨烯和带OH基的二维六方氮化硼总质量的0.5％～1.5％。
7.根据权利要求2所述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，其特征在于，所述硅油为不同粘度的甲基硅油中的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求2所述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂，其特征在于，所述氧化铝为不同粒径的氧化铝中的一种或多种的混合物。
9.权利要求1至8任一项所述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂的制备方法，其特征在于，对硅油和相变材料进行搅拌后加入氧化铝、二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料和硅烷偶联剂，再次搅拌后升温加热至100～120℃，抽真空后经搅拌、冷却即得到含二维六方氮化硼石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂。
10.根据权利要求9所述的一种含二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将硅油和相变材料置于80～90℃下真空搅拌5～20min，搅拌速度1500～3000rpm；
S2、加入氧化铝、二维六方氮化硼/石墨烯异质结构材料和硅烷偶联剂，真空搅拌1～3h，搅拌速度1500～3000rpm；
S3、升温加热至100～120℃，抽真空，搅拌10～30min，冷却至室温后即得到含二维六方氮化硼石墨烯异质结构材料的相变导热硅脂。
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