一种导热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导热复合材料及其制备方法，其中该导热复合材料包括聚酰亚胺基体材料，以及分散于聚酰亚胺基体材料内部的、表面包覆无机绝缘材料的银纳米线；该导热复合材料是以表面包覆无机绝缘材料的银纳米线作为导热填料的聚酰亚胺/银纳米线复合材料；其中，表面包覆无机绝缘材料的银纳米线的添加量为该导热复合材料的1～10wt％。本发明专利技术通过对该复合材料中关键的导热填料的结构、组成及添加比例等进行改进，并通过原位聚合的方法在聚酰亚胺中加入包覆有无机绝缘材料的银纳米线填料，能够解决目前电子封装材料导热性不佳，以及添加现有导电填料的聚酰亚胺作为电子封装材料力学性能、加工性能或电绝缘性能大幅下降的技术问题。

Heat conducting composite material and preparation method thereof

The invention discloses a heat conductive composite material and a preparation method thereof, wherein the conductive composite material comprises polyimide matrix material, and dispersed in the polyimide matrix, the internal material is coated on the surface of the inorganic insulating material of silver nanowires; the thermal conductivity of composite materials is coated on the surface of inorganic insulation material of polyimide / silver nanowires were used as conductive filler silver nanowires composite materials; the addition of inorganic insulating material is coated on the surface of the silver nanowires as the conductive composite materials of 1 ~ 10wt%. The present invention by improving the key thermal conductive filler in the composite material structure, composition and proportion, and through in situ polymerization method of adding inorganic insulating material coated with silver nanowires filler in polyimide, can solve the poor thermal conductivity electronic packaging material, and polyimide add existing conductive filler as mechanical electronic packaging material properties and processing properties of electrical insulation or a substantial decline in technical problems.

【技术实现步骤摘要】
一种导热复合材料及其制备方法
本专利技术属于热界面材料领域，更具体地，涉及一种导热复合材料及其制备方法，该复合材料是聚酰亚胺/银纳米线复合材料。
技术介绍
随着纳米制造技术和工艺水平的不断提高，集成电路朝着高集成化、小型化的趋势发展，导致芯片和集成电路的热流密度不断增大。具有高散热性能的导热绝缘封装材料是提高电子元器件工作稳定性和使用寿命的关键环节。塑料封装以其优良的电绝缘性能、易加工及成本优势，广泛应用于热界面材料及电子封装领域。其中聚酰亚胺因其热稳定性高、机械性能好、耐腐蚀等优点，成为重要的封装塑料。然而聚酰亚胺弱的导热性易造成电子元件散热困难、容易老化，导致其使用寿命缩短。向聚酰亚胺中添加热导率相对较高的无机填料(如氮化铝、氮化硼、氧化铝)可有效地改善基体材料热导率低的缺陷。但该方法通常需要极高填充量的填料(70vol％)才能形成有效导热网络、有效提高复合材料的热导率，此必导致复合材料的力学强度和加工性能的劣化。碳纳米管和石墨烯因极高的理论热导率(3000～6000W/m·K)被认为是提高复合材料热导率的理想填料，而复合材料界面强烈的声子散射引起的巨大界面热阻成为制约热导率提高的关键因素，导致了复合材料的热导率远远低于预期的理论值。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种导热复合材料及其制备方法，其中通过对该聚酰亚胺/银纳米线复合材料中关键的导热填料的结构、组成及添加比例等进行改进，并通过原位聚合的方法在聚酰亚胺中加入包覆有无机绝缘材料的银纳米线填料，形成聚酰亚胺/银纳米线复合材料，能够解决目前电子封装材料导热性不佳，以及添加现有导电填料的聚酰亚胺作为电子封装材料力学性能、加工性能或电绝缘性能大幅下降的技术问题；本专利技术提供的聚酰亚胺/银纳米线复合材料，导热填料用量少，用于电子封装材料导热性能、电绝缘性能好，同时不影响聚酰亚胺力学性能及加工性能，制备方法步骤简单，反应条件温和，适合大规模生产。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种导热复合材料，其特征在于，包括聚酰亚胺基体材料，以及分散于所述聚酰亚胺基体材料内部的、表面包覆无机绝缘材料的银纳米线；该导热复合材料是以所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线作为导热填料的聚酰亚胺/银纳米线复合材料；其中，所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线的添加量为该导热复合材料的1～10wt％。作为本专利技术的进一步优选，所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线的长径比不小于75。作为本专利技术的进一步优选，所述无机绝缘材料为二氧化硅或二氧化钛，该无机绝缘材料在所述银纳米线表面形成的包覆层的厚度为10nm～100nm。作为本专利技术的进一步优选，所述聚酰亚胺基体材料为均苯酐型聚酰亚胺、醚酐型聚酰亚胺、双酮酐型聚酰亚胺、氟酐型聚酰亚胺或双马来酰亚胺。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种导热复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备银纳米线；(2)采用溶胶-凝胶法制备表面包覆无机绝缘材料的银纳米线；(3)采用偶联剂对所述步骤(2)制得的所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线进行处理，得到偶联剂改性的表面包覆无机绝缘材料的银纳米线；(4)将所述步骤(3)制得的所述偶联剂改性的表面包覆无机绝缘材料的银纳米线分散于N,N-二甲基甲酰胺中，得到偶联剂改性的表面包覆无机绝缘材料的银纳米线的分散液；(5)向所述步骤(4)得到的所述偶联剂改性的表面包覆无机绝缘材料的银纳米线的分散液中加入均苯四酸二酐和4,4二氨基二苯醚，并在冰浴、通氮气、以及搅拌条件下进行聚合反应，制得聚酰胺酸/银纳米线复合分散液；(6)将所述步骤(5)制得的所述聚酰胺酸/银纳米线复合分散液进行亚胺化，得到聚酰亚胺/银纳米线复合材料，该聚酰亚胺/银纳米线复合材料即导热复合材料。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)具体包括以下步骤：(2-1)将所述步骤(1)得到的所述银纳米线均匀分散于乙醇、氨水和去离子水三者的混合溶液中，得到第一分散系；其中，每克银纳米线对应50～1000毫升乙醇；相对于每1000毫升乙醇，氨水和去离子水的体积分别为1-10ml、以及20-50ml；优选的，所述氨水的质量百分浓度为25％；(2-2)将无机绝缘材料前驱体加入到所述步骤(2-1)得到的所述第一分散系中，添加比例为每升所述第一分散系中加入所述无机绝缘材料前驱体0.1～100ml，优选的，每升所述第一分散系中加入所述无机绝缘材料前驱体1～50ml；然后搅拌反应生成包覆在银纳米线表面的无机绝缘材料，并记反应后的反应体系为第二分散系；所述无机绝缘材料前驱体为正硅酸四乙酯、钛酸正丁酯中的至少一种；(2-3)对所述步骤(2-2)得到的所述第二分散系进行分离、洗涤、以及干燥处理，得到表面包覆无机绝缘材料的银纳米线。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)具体包括以下步骤：(3-1)将所述步骤(2)制得的所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线均匀分散在乙醇与水的混合溶液中得到第三分散系，所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线添加量为每毫升所述乙醇与水的混合溶液中添加0.1～2克，所述乙醇与水的混合溶液中乙醇与水的质量比为5:1～1:5；(3-2)向所述步骤(3-1)得到的所述第三分散系中加入偶联剂，得到第四分散系；(3-3)对所述步骤(3-2)得到的所述第四分散系进行过滤、洗涤、以及干燥处理，即得到偶联剂改性的表面包覆无机绝缘材料的银纳米线。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(4)是将1～5克所述偶联剂改性的表面包覆无机绝缘材料的银纳米线分散在5～500毫升所述N,N-二甲基甲酰胺中；所述分散为超声波分散，分散时间为5～60分钟。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(6)中，所述亚胺化是在预先设定的温度、以及真空条件下进行的；优选的，所述预先设定的温度至少包括2个不同的温度；优选的，所述亚胺化是依次在70℃的温度下处理5小时、100℃的温度下处理1小时、150℃的温度下处理1小时、200℃的温度下处理1小时、250℃的温度下处理1小时、300℃的温度下处理1小时。本专利技术中的导热复合材料(即，聚酰亚胺/银纳米线复合材料)，是种高性能导热复合材料，概括来说，包括银纳米线、无机绝缘材料和聚酰亚胺，所述无机绝缘材料包覆在银纳米线表面，表面包覆无机绝缘材料的银纳米线作为导热填料其添加比例为质量比1％至10％，银纳米线的长径比不小于75(例如，银纳米线直径可以为60nm至100nm，长度可以为10μm至15μm)。与基于电子传热机理的理论推断相似，在聚酰亚胺中添加表面包覆有绝缘材料的、导热性良好的金属粉体(如，金属纳米颗粒等)形成复合材料能有效提高该复合材料的导热绝缘性能；本专利技术中的兼具电绝缘和高导热特性聚酰亚胺/银纳米线复合材料其热导率为1.6～3W·m-1·K-1。本专利技术中的导热复合材料制备方法，是利用原位聚合，概括来说，可以包括以下步骤：首先，采用多元醇还原法制备银纳米线，并采用溶胶-凝胶法制备包覆有无机绝缘材料的银纳米线；然后将得到的包覆有无机绝缘材料的银纳米线的表面接枝硅烷偶联剂，得到表面改性的银纳米线材料；接着，再将表面改性的银纳米线材料分散于N,N-二甲基甲酰胺中，并向其中加入单体聚合成聚酰胺酸，然后将合成的聚酰胺酸银纳米线铺制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导热复合材料，其特征在于，包括聚酰亚胺基体材料，以及分散于所述聚酰亚胺基体材料内部的、表面包覆无机绝缘材料的银纳米线；该导热复合材料是以所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线作为导热填料的聚酰亚胺/银纳米线复合材料；其中，所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线的添加量为该导热复合材料的1～10wt％。

【技术特征摘要】
1.一种导热复合材料，其特征在于，包括聚酰亚胺基体材料，以及分散于所述聚酰亚胺基体材料内部的、表面包覆无机绝缘材料的银纳米线；该导热复合材料是以所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线作为导热填料的聚酰亚胺/银纳米线复合材料；其中，所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线的添加量为该导热复合材料的1～10wt％。2.如权利要求1所述导热复合材料，其特征在于，所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线的长径比不小于75。3.如权利要求1所述导热复合材料，其特征在于，所述无机绝缘材料为二氧化硅或二氧化钛，该无机绝缘材料在所述银纳米线表面形成的包覆层的厚度为10nm～100nm。4.如权利要求1所述导热复合材料，其特征在于，所述聚酰亚胺基体材料为均苯酐型聚酰亚胺、醚酐型聚酰亚胺、双酮酐型聚酰亚胺、氟酐型聚酰亚胺或双马来酰亚胺。5.一种导热复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备银纳米线；(2)采用溶胶-凝胶法制备表面包覆无机绝缘材料的银纳米线；(3)采用偶联剂对所述步骤(2)制得的所述表面包覆无机绝缘材料的银纳米线进行处理，得到偶联剂改性的表面包覆无机绝缘材料的银纳米线；(4)将所述步骤(3)制得的所述偶联剂改性的表面包覆无机绝缘材料的银纳米线分散于N,N-二甲基甲酰胺中，得到偶联剂改性的表面包覆无机绝缘材料的银纳米线的分散液；(5)向所述步骤(4)得到的所述偶联剂改性的表面包覆无机绝缘材料的银纳米线的分散液中加入均苯四酸二酐和4,4二氨基二苯醚，并在冰浴、通氮气、以及搅拌条件下进行聚合反应，制得聚酰胺酸/银纳米线复合分散液；(6)将所述步骤(5)制得的所述聚酰胺酸/银纳米线复合分散液进行亚胺化，得到聚酰亚胺/银纳米线复合材料，该聚酰亚胺/银纳米线复合材料即导热复合材料。6.如权利要求5所述导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下步骤：(2-1)将所述步骤(1)得到的所述银纳米线均匀分散于乙醇、氨水和去离子水三者的混合溶液中，得到第一分散系；其中，每克银纳米线对应50～1000毫升乙醇；相对于每100...

【专利技术属性】
技术研发人员：解孝林，李帅，姜昀良，张平，周兴平，薛志刚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42