TW202214788A

TW202214788A - 奈米散熱抗靜電材料、奈米散熱抗靜電塗料及其製作方法

Info

Publication number: TW202214788A
Application number: TW109135393A
Authority: TW
Inventors: 莊清榮
Original assignee: 今展科技股份有限公司; 莊清榮
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-04-16

Abstract

一種奈米散熱抗靜電塗料包括以奈米散熱抗靜電塗料的總量計的以下百分比的組份。35%至45%的有機樹脂。10%至15%的溶劑。25%至35%的抗靜電粉末。以及15%至20%的奈米碳粉末。抗靜電粉末與奈米碳粉末在有機樹脂中交替配置。其製作方法以及一種奈米散熱抗靜電材料亦被提及。

Description

奈米散熱抗靜電材料、奈米散熱抗靜電塗料及其製作方法

本發明是有關於一種散熱抗靜電材料、散熱抗靜電塗料及其製作方法，且特別是有關於一種奈米散熱抗靜電材料、奈米散熱抗靜電塗料及其製作方法。

散熱是許多電子產品裝置迫切解決的問題。電子裝置在運作過程中會有過多熱能產生，過熱情況會影響電子裝置的效能和可靠度。對於目前電子裝置的散熱需求，已發展出在熱源表面配置散熱塗料的方式，使得電子裝置的溫度不致於發生過熱情況。

現有的散熱塗料包括透過在電子裝置的熱源表面塗覆石墨烯塗料，藉此形成散熱塗層從而實現散熱。然而，石墨烯的散熱塗層的製備過程複雜，且耗時長。此外，不同熱源的基材會導致散熱塗料中使用的粘結劑等影響石墨烯的附著力、散熱性能、耐鹽霧腐蝕性能及無法實現抗靜電及抗電磁波防護效果。因此，提供成本低、容易製造且具有良好附著力、耐鹽霧腐蝕性能及高散熱抗靜電和抗電磁波的塗層為本領域極需解決的問題。

本發明提供一種奈米散熱抗靜電塗料，其具有附著力好、耐鹽霧腐蝕性能及高散熱抗靜電及抗電磁波的優勢。

本發明提供一種奈米散熱抗靜電塗料的製作方法，其具有容易製造且成本低的優勢。

本發明提供一種奈米散熱抗靜電材料，其具有附著力好、耐鹽霧腐蝕性能及高散熱抗靜電及抗電磁波的優勢，且適合大規模生產，並使用維護方便。

本發明的奈米散熱抗靜電塗料包括以奈米散熱抗靜電塗料的總量計的以下百分比的組份：35%至45%的有機樹脂、10%至15%的溶劑、25%至35%的抗靜電粉末以及15%至20%的奈米碳粉末。抗靜電粉末與奈米碳粉在有機樹脂中交替配置。

在本發明的一實施例中，上述的奈米碳粉末包括選自由石墨、碳奈米管以及石墨烯組成的群組中至少一者或者多者。

在本發明的一實施例中，上述的石墨的粒徑為50μm至100μm、碳奈米管的粒徑為10nm至20nm且石墨烯的粒徑為5nm至15nm。

在本發明的一實施例中，上述的抗靜電粉末包括氮化鋁。

在本發明的一實施例中，上述的氮化鋁的粒徑為10μm至20μm。

本發明的奈米散熱抗靜電塗料的製作方法，其用以製作上述的奈米散熱抗靜電塗料，包括以下步驟。步驟1，按照奈米散熱抗靜電塗料的組份進行配置。步驟2，將抗靜電粉末加入有機樹脂中進行充分研磨及攪拌。步驟3，將奈米碳粉末進行預拌。以及，步驟4，將預拌後的奈米碳粉末加入步驟2所獲得的有機樹脂中，進行第二次研磨攪拌，且在第二次研磨攪拌後獲得奈米散熱抗靜電塗料。

本發明的奈米散熱抗靜電材料包括基材以及奈米散熱抗靜電塗料。奈米散熱抗靜電塗料設置於基材的表面。奈米散熱抗靜電塗料在基材外形成抗靜電的膠凝層、抗電磁波的防護層或散熱層。

在本發明的一實施例中，上述的基材包括金屬銅、金屬鋁、金屬鐵或金屬製品的至少一者或者多者的合金材料。

在本發明的一實施例中，上述的基材包括金屬箔片、金屬板件、金屬管件或金屬擠成型件。

在本發明的一實施例中，上述的奈米散熱抗靜電塗料採用噴塗的方式設置於基材的表面。

本發明一實施例的奈米散熱抗靜電塗料為附著力好、耐鹽霧腐蝕性能及高散熱抗靜電及抗電磁波的塗層。且其製作方法具有容易製成、成本低、適合大規模生產且使用維護方便的優勢。奈米散熱抗靜電材料還具有簡化製程、成本低、適合大規模生產且使用維護方便的優勢。另外，奈米散熱抗靜電塗料能夠將基材所聚集的熱量進行快速輻射散熱出去，因此奈米散熱抗靜電材料具有優異的散熱性能。奈米散熱抗靜電材料更具有抗靜電極及抗電磁波的防護功能。

下文列舉一些實施例並配合所附圖式來進行詳細地說明，但所提供的實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為了方便理解，下述說明中相同的元件將以相同之符號標示來說明。

另外，關於文中所使用之「第一」、「第二」...等用語，並非表示順序或順位的意思，應知其是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

其次，在本文中所使用的用詞「包含」、「包括」、「具有」等等，均為開放性的用語；也就是指包含但不限於。

本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

圖1是本發明一實施例的奈米散熱抗靜電塗料的結構示意圖。為了圖式清楚以及說明書方便說明，圖1省略繪示了若干膜層或組份。請先參考圖1，本實施例的奈米散熱抗靜電塗料10包括以奈米散熱抗靜電塗料10的總量計的以下百分比的組份：35%至45%的有機樹脂130、10%至15%的溶劑（圖未示）、25%至35%的抗靜電粉末120以及15%至20%的奈米碳粉末110。在本實施例中，抗靜電粉末120與奈米碳粉末110混合於有機樹脂130中，且抗靜電粉末120與奈米碳粉末110在有機樹脂130中呈交替配置。

在本實施例中，奈米碳粉末110例如是應用於散熱的納米散熱碳粉末，包括選自由石墨111(graphite)、碳奈米管112(carbon nanotube)及石墨烯113(graphene)組成的群組中至少一者或多者。舉例來說，如圖1所示，奈米散熱抗靜電塗料10的奈米碳粉末110包括石墨111、碳奈米管112及石墨烯113的組合，但不以此為限。在一些實施例中，奈米碳粉末110也可僅包括上述群組中的部分。

在本實施例中，石墨111的粒徑為50μm至100μm。碳奈米管112的粒徑為10nm至20nm。石墨烯113的粒徑為5nm至15nm，但本發明不以此為限。

在本實施例中，抗靜電粉末120的材料包括金屬化合物，例如為氮化鋁。在本實施例中，氮化鋁的粒徑為10μm至20μm，但本發明不以此為限。

以下以一實施例簡單說明奈米散熱抗靜電塗料10的製作方法，其用以製作奈米散熱抗靜電塗料10。上述的製作方法包括以下步驟：

步驟1，按照上述奈米散熱抗靜電塗料10的組份進行配置。

步驟2，將抗靜電粉末120加入有機樹脂130中進行充分研磨及攪拌。

步驟3，將奈米碳粉末110進行預拌。

步驟4，將預拌後的奈米碳粉末110加入步驟2所獲得的有機樹脂130中，進行第二次研磨攪拌。在第二次研磨攪拌後獲得奈米散熱抗靜電塗料10。

值得注意的是，本實施例的奈米散熱抗靜電塗料10具有容易製成、成本低、適合大規模生產且使用維護方便的優勢。此外，奈米散熱抗靜電塗料10還可做為具有附著力好、耐鹽霧腐蝕性能及高散熱抗靜電及抗電磁波的塗層。

請參考以下具體的實施例詳細說明本發明。

實施例1：

奈米散熱抗靜電塗料包括由以其總量計的以下百分比的組份組成：44%的有機樹脂、6%的溶劑、23%的抗靜電粉末以及27%的奈米碳粉末。奈米碳粉末包括石墨、碳奈米管以及石墨烯。石墨、碳奈米管以及石墨烯的重量比為1:10-15:10-15。其中，抗靜電粉末為氮化鋁，且氮化鋁的粒徑為10μm至20μm。

實施例2：

奈米散熱抗靜電塗料包括由以其總量計的以下百分比的組份組成：48%的有機樹脂、8%的溶劑、22%的抗靜電粉末以及22%的奈米碳粉末。奈米碳粉末包括石墨、碳奈米管以及石墨烯。石墨、碳奈米管以及石墨烯的重量比為1:10-15:10-15。其中，抗靜電粉末為氮化鋁，且氮化鋁的粒徑為10μm至20μm。

在本實施例中，奈米散熱抗靜電塗料10中的有機樹脂130具有低密度、耐溫、低熱膨脹係數及耐腐蝕等優異性能。此外，有機樹脂130因具有互相連通且開放性的孔，使抗靜電粉末120與奈米碳粉末110在有機樹脂130的孔中，而具有良好的附著力。抗靜電粉末120為氮化鋁粉而具有高效的抗靜電性能，且其形成抗靜電的膠凝層可使奈米散熱抗靜電塗料10進行快速熱輻射散熱交換產生靜電消除。此外，奈米碳粉末110中的石墨111配置在有機樹脂130中，具有高效的抗電磁波防護性能。另外，奈米碳粉末110中的碳奈米管112和石墨烯113，能在石墨111的表面形成散熱層，且碳奈米管112和石墨烯113具有極高的比表面積(specific surface area)，因而具有良好的熱輻射熱傳導率。在上述的設置下，奈米散熱抗靜電塗料10為附著力好、耐鹽霧腐蝕性能及高散熱抗靜電及抗電磁波的塗層。

在本發明中，奈米散熱抗靜電塗料可應用於奈米散熱抗靜電材料的製備。舉例來說，奈米散熱抗靜電材料包括基材（未示出）以及上述的奈米散熱抗靜電塗料。其中，奈米散熱抗靜電塗料設置於基材的表面上。基材包括金屬銅、金屬鋁、金屬鐵或金屬製品的至少一者或者多者的合金材料。上述基材可製備成包括金屬箔片、金屬板件、金屬管件或金屬擠成型件。舉例來說，金屬擠成型件可包括鋁擠成型件。奈米散熱抗靜電塗料採用噴塗的方式設置於基材的表面，且在基材外形成抗靜電的膠凝層、抗電磁波的防護層或散熱層。舉例來說，抗靜電的膠凝層可由有機樹脂和抗靜電粉末形成。抗電磁波的防護層或散熱層由有機樹脂和奈米碳粉末形成。

以下以具體實施例來說明本發明。

實施例3：

奈米散熱抗靜電材料包括基材以及設置於基材的表面上的由實施例1或實施例2所示的奈米散熱抗靜電塗料。基材包括金屬鋁，且將奈米散熱抗靜電塗料噴塗於金屬鋁的表面。

比較例1：

以金屬鋁做為鋁製散熱用的基材。

接著，將上述實施例3的奈米散熱抗靜電材料以及比較例1的鋁製散熱基材，以下述方式進行檢測：

步驟S1，將直流穩壓電源設定到目標瓦數13W，並將模擬熱源的銅塊T-case溫度加熱至一預定的穩定溫度。

步驟S2，分別安裝實驗用散熱片（例如實施例3的奈米散熱抗靜電材料以及比較例1的鋁製散熱基材）於模擬熱源的銅塊表面上，且中間使用Gap Pad做為導熱填隙墊片進行導熱。在安裝完成後使用目標瓦數15W持續加熱，並等待約30分鐘後達成熱平衡。

步驟S3，確認熱平衡後記錄模擬熱源的銅塊的T-Case溫度、實驗環境的平均溫度(例如：於測試平台一公尺範圍內偵測五的測溫點，以監控環境溫度的平均值)以及電源供應器的瓦數。

步驟S4，計算模擬熱源的銅塊T-Case的溫度跟平均環境溫度的溫度差。

所測得的結果表示於下表1中。

表1

編號	長x寬 (mm)	厚度 (mm)	溫升 (°C)	T-Case溫度 (°C)	環境溫度 (°C)	目標瓦數 (W)	測試時間 (min)
實施例3	100x100	3	88.9	113.5	24.6	15	30
比較例1	100x100	3	108.5	133.2	24.7	15	30

註：溫升的定義為：發熱銅塊T-Case溫度與環境溫度之間的溫度差。溫升的數值越小代表散熱能力越好。

由上述的檢測結果可知，本發明提供的奈米散熱抗靜電材料(實施例3)，其基材與模擬熱源的銅塊接觸而聚熱。此時，噴塗於基材表面的奈米散熱抗靜電塗料能夠將基材所聚集的熱量進行快速輻射散熱出去，因此奈米散熱抗靜電材料具有優異的散熱性能。將本發明的奈米散熱抗靜電材料與無散熱抗靜電塗料的鋁製散熱基材(比較例1)相比，檢測結果表示使用本發明的奈米散熱抗靜電材料，其溫度進一步下降了19.6°C。且本發明的奈米散熱抗靜電材料具有抗靜電2kV以及抗電磁波防護5-15dB的效果。因此，本發明的奈米散熱抗靜電材料除了具有優異的熱傳導率的基礎上，還具有抗靜電極及抗電磁波的防護功能。

綜上所述，本發明一實施例的奈米散熱抗靜電塗料為附著力好、耐鹽霧腐蝕性能及高散熱抗靜電及抗電磁波的塗層。且其製作方法具有容易製成、成本低、適合大規模生產且使用維護方便的優勢。此外，奈米散熱抗靜電材料還可透過噴塗方式設置於做為聚熱源的基材上，進一步具有簡化製程、成本低、適合大規模生產且使用維護方便的優勢。另外，奈米散熱抗靜電塗料能夠將基材所聚集的熱量進行快速輻射散熱出去，因此奈米散熱抗靜電材料具有優異的散熱性能。奈米散熱抗靜電材料更具有抗靜電極及抗電磁波的防護功能。

10:奈米散熱抗靜電塗料 110:奈米碳粉末 111:石墨 112:碳奈米管 113:石墨烯 120:抗靜電粉末 130:有機樹脂

圖1是本發明一實施例的奈米散熱抗靜電塗料的結構示意圖。

10:奈米散熱抗靜電塗料

110:奈米碳粉末

111:石墨

112:碳奈米管

113:石墨烯

120:抗靜電粉末

130:有機樹脂

Claims

一種奈米散熱抗靜電塗料，包括以所述奈米散熱抗靜電塗料的總量計的以下百分比的組份： 35%至45%的有機樹脂； 10%至15%的溶劑； 25%至35%的抗靜電粉末；以及 15%至20%的奈米碳粉末，其中所述抗靜電粉末與所述奈米碳粉末在所述有機樹脂中交替配置。
如請求項1所述的奈米散熱抗靜電塗料，其中所述奈米碳粉末包括選自由石墨、碳奈米管及石墨烯組成的群組中至少一者或者多者。
如請求項2所述的奈米散熱抗靜電塗料，其中石墨的粒徑為50μm至100μm、碳奈米管的粒徑為10nm至20nm且石墨烯的粒徑為5nm至15nm。
如請求項3所述的奈米散熱抗靜電塗料，其中所述抗靜電粉末包括氮化鋁。
如請求項4所述的奈米散熱抗靜電塗料，其中氮化鋁的粒徑為10μm至20μm。
一種奈米散熱抗靜電塗料的製作方法，其用以製作如請求項1至請求項5中任一項所述的奈米散熱抗靜電塗料，所述製作方法包括以下步驟：步驟1，按照如請求項1至請求項5中任一項所述的奈米散熱抗靜電塗料的所述組份進行配置；步驟2，將所述抗靜電粉末加入所述有機樹脂中進行充分研磨及攪拌；步驟3，將所述奈米碳粉末進行預拌；以及步驟4，將預拌後的所述奈米碳粉末加入所述步驟2所獲得的所述有機樹脂中，進行第二次研磨攪拌，且在所述第二次研磨攪拌後獲得所述奈米散熱抗靜電塗料。
一種奈米散熱抗靜電材料，包括：基材；以及如請求項1至請求項5中任一項所述的奈米散熱抗靜電塗料，所述奈米散熱抗靜電塗料設置於所述基材的表面，其中所述奈米散熱抗靜電塗料在所述基材外形成抗靜電的膠凝層、抗電磁波的防護層或散熱層。
如請求項7所述的奈米散熱抗靜電材料，其中所述基材包括金屬銅、金屬鋁、金屬鐵或金屬製品的至少一者或者多者的合金材料。
如請求項8所述的奈米散熱抗靜電材料，其中所述基材包括金屬箔片、金屬板件、金屬管件或金屬擠成型件。
如請求項7所述的奈米散熱抗靜電材料，其中所述奈米散熱抗靜電塗料採用噴塗的方式設置於所述基材的所述表面。