一种片状填料粒子/高分子复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种片状填料粒子/高分子复合材料，本发明专利技术的复合材料由片状填料粒子以及填充在片状填料粒子之间的高分子树脂构成，所述的片状填料粒子为片状Al

【技术实现步骤摘要】
一种片状填料粒子/高分子复合材料及其制备方法
本专利技术属于新型高分子功能材料的制备与应用
，涉及一种片状填料粒子/高分子复合材料及其制备方法，尤其涉及一种由片状填料粒子和高分子树脂有序组装而形成的仿生结构贝壳状的复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着电子集成技术高速发展，组装密度迅速提高，电子元件，逻辑电路体积成千上万倍地缩小，电子仪器及设备日益向轻、薄、短、小等方向发展，在高频工作频率下，半导体工作热环境向高温方向迅速移动；此时，电子元器件产生的热量迅速积累和增加，要使元器件仍能正常地可靠地运行，及时地散热成为制约使用寿命的关键技术。因此国内外公司及研究机构对电子封装材料的导热性能提出了更高要求。作为电子封装材料的重要组成部分，聚合物材料由于其导热系数比较低(一般低于0.5W/m·K)，已无法满足发展的需求。开发具有良好导热性能聚合物基复合材料对于促进微电子和电机电器等领域快速发展有着重要意义，且有关聚合物的导热性能的研究已成为电子与材料等学科共同关注的热点。现有的填料中，陶瓷填料Al2O3由于具有较高的导热系数、优异的热稳定性和抗化学腐蚀性、良好的电绝缘性，而且价格低廉和来源广泛而得到广泛应用。现有技术公开了一种对Al2O3进行表面改性并制备环氧树脂基复合材料的方法，其研究改性分为两部分，第一部分是以硅烷为改性剂，无水二甲苯为溶剂，在110℃～120℃的油浴锅中处理4h以上，之后滤出纳米颗粒进行干燥。第二部分是将上一步硅烷改性后的纳米粒子分散到甲基吡咯烷酮中，然后将定量的二氨基苯甲酸、吡啶和亚磷酸三苯酯加入到溶液中，在100℃氮气气氛下反应3h。然后将反应液冷却至室温，将冷却后的反应液倒入含有甲醇溶剂质量比0.1％的氯化锂的甲醇溶剂中进行沉析，过滤分离出纳米Al2O3粒子，再分别用N,N-二甲基甲酰胺和甲醇冲洗3次，以除去多余的3,5-二氨基苯甲酸单体和未接枝的聚合物，然后把Al2O3添加到环氧树脂基体中制备复合材料。相比于没有改性处理的Al2O3的复合材料，在Al2O3含量为20％时，导热系数由0.33W/mK，提高到0.42W/mK。此方案表明表面改性有助于提高复合材料的导热系数，但是两步改性操作繁琐，而且最主要的是导热系数提高的并不明显，仍没有解决填料与基体以及填料之间界面热阻较高的问题。(出处：高导热聚合物基复合材料的制备与性能的研究[D].博士,上海交通大学2012.)。但是，现有技术中并没有一种能够简单地大幅提高导热系数的方法及复合材料，从而限制了电子封装材料的广泛应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种片状填料粒子/高分子复合材料，尤其涉及一种由片状填料粒子和高分子树脂有序组装而形成的仿生结构贝壳状的复合材料。本专利技术的复合材料的性能优异，导热系数可达7.0W/m·K～8.0W/m·K，体积电阻率可达1.0×1015Ω·cm以上，解决了填料与基体，填料与填料之间的界面热阻较高问题。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种片状填料粒子/高分子复合材料，所述复合材料由片状填料粒子以及填充在所述片状填料粒子之间的高分子树脂构成。作为本专利技术所述复合材料的优选技术方案，本专利技术的复合材料中的片状填料粒子排列整齐，层层堆叠，具有很好的取向性。更优选地，片状填料粒子以一致的取向排列而形成的复合材料的SEM形貌与贝壳的SEM形貌相似，这种复合材料的形貌可以认为是一种仿生的形貌。优选地，所述高分子树脂为环氧树脂、聚乙烯或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合，优选为环氧树脂，进一步优选为液晶环氧树脂，特别优选为3,3’,5,5’-四甲基联苯二缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚或4,4’-二羟基联苯二缩水甘油醚中的任意一种或至少两种的组合。优选地，以复合材料的总质量为100％计，所述片状填料粒子的质量百分含量为10％～50％，例如为10％、12％、15％、16.5％、18％、20％、22％、23％、23.5％、24.5％、26％、28％、30％、32％、34％、35％、37％、38.5％、40％、42％、43％、45％、47.5％或50％等，优选为50％。优选地，所述片状填料粒子的厚度为200nm～400nm，例如为200nm、220nm、240nm、260nm、270nm、280nm、300nm、315nm、330nm、350nm、375nm、385nm或400nm等。优选地，所述片状填料粒子的二维平面尺寸为5μm～20μm，例如为5μm、7μm、9μm、10μm、11μm、12.5μm、13.5μm、14μm、15μm、16.5μm、18μm或20μm等。本专利技术中，片状填料粒子的二维平面尺寸指：片状填料粒子在除厚度方向外的另两个方向的尺寸。优选地，所述片状填料粒子为片状Al2O3，改性的片状Al2O3，片状Al2O3/Ag杂化粒子，或者改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子中的任意一种或至少两种的组合。作为本专利技术所述复合材料的优选技术方案，所述片状填料粒子为片状Al2O3。作为本专利技术所述复合材料的优选技术方案，所述片状填料粒子为改性的片状Al2O3。优选地，所述改性的片状Al2O3是使用改性剂对片状Al2O3进行改性而得到的。优选地，所述改性剂选自硅烷偶联剂、3,5-二氨基苯甲酸或多巴胺中的任意一种或至少两种的组合。作为本专利技术所述复合材料的优选技术方案，所述片状填料粒子为片状Al2O3/Ag杂化粒子。本专利技术中，所述片状Al2O3/Ag杂化粒子是由片状Al2O3及沉积在所述片状Al2O3表面的纳米Ag构成的。优选地，所述片状Al2O3/Ag杂化粒子中，所述纳米Ag的粒径在10nm以下，例如为9nm、8nm、7nm、6nm、5.5nm、4nm、3nm或2nm等。优选地，所述片状Al2O3/Ag杂化粒子中，片状Al2O3和纳米Ag的质量比为100:1～50:1，例如为100:1、90:1、80:1、75:1、70:1、65:1、60:1、55:1、52:1或50:1等。优选地，所述片状Al2O3/Ag杂化粒子的制备方法为：以片状Al2O3和AgNO3为原料，NaBH4为还原剂，通过液相还原法，使还原得到的纳米Ag沉积在片状Al2O3的表面，从而得到片状Al2O3/Ag杂化粒子。优选地，制备片状Al2O3/Ag杂化粒子的过程中，所述液相还原法中的反应的温度为3℃～8℃，优选为3℃～4℃。优选地，制备片状Al2O3/Ag杂化粒子的过程中，所述液相还原法中的反应的时间为1.5h～5h，优选为2h～3h。作为本专利技术所述复合材料的优选技术方案，所述片状填料粒子为改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子。本专利技术中，所述改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子是由改性的片状Al2O3及沉积在所述改性的片状Al2O3表面的纳米Ag构成的。优选地，改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子中，所述纳米Ag的粒径优选在10nm以下，例如为8nm、7.5nm、7nm、6nm、5.5nm、4nm、3nm或2nm等。优选地，所述改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子中，改性的片状Al2O3和纳米Ag的质量比为100:1～50:1，例如为100:1、90:1、85:1、80:1、70:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片状填料粒子/高分子复合材料，其特征在于，所述复合材料由片状填料粒子以及填充在所述片状填料粒子之间的高分子树脂构成。

【技术特征摘要】
1.一种片状填料粒子/高分子复合材料，其特征在于，所述复合材料由片状填料粒子以及填充在所述片状填料粒子之间的高分子树脂构成。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料中的片状填料排列整齐，层层堆叠，取向性一致。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述高分子树脂为环氧树脂、聚乙烯或聚乙烯吡咯烷酮的任意一种或至少两种的组合，优选为环氧树脂，进一步优选为液晶环氧树脂，特别优选为3,3’,5,5’-四甲基联苯二缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚或4,4’-二羟基联苯二缩水甘油醚中的任意一种或至少两种的组合；优选地，以复合材料的总质量为100％计，所述片状填料粒子的质量百分含量为10％～50％，优选为50％；优选地，所述片状填料粒子的厚度为200nm～400nm；优选地，所述片状填料粒子的二维平面尺寸为5μm～20μm。4.根据权利要求1-3任一项所述的复合材料，其特征在于，所述片状填料粒子为片状Al2O3，改性的片状Al2O3，片状Al2O3/Ag杂化粒子，或者改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述片状填料粒子为片状Al2O3。5.根据权利要求1-3任一项所述的复合材料，其特征在于，所述片状填料粒子为改性的片状Al2O3；优选地，所述改性的片状Al2O3是使用改性剂对片状Al2O3进行改性而得到的；优选地，所述改性剂选自硅烷偶联剂、3,5-二氨基苯甲酸或多巴胺中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求1-3任一项所述的复合材料，其特征在于，所述片状填料粒子为片状Al2O3/Ag杂化粒子；优选地，所述片状Al2O3/Ag杂化粒子是由片状Al2O3及沉积在所述片状Al2O3表面的纳米Ag构成的；优选地，所述片状Al2O3/Ag杂化粒子中，所述纳米Ag的粒径在10nm以下；优选地，所述片状Al2O3/Ag杂化粒子中，片状Al2O3和纳米Ag的质量比为100:1～50:1；优选地，所述片状Al2O3/Ag杂化粒子的制备方法为：以片状Al2O3和AgNO3为原料，NaBH4为还原剂，通过液相还原法，使还原得到的纳米Ag沉积在片状Al2O3的表面，从而得到片状Al2O3/Ag杂化粒子；优选地，制备片状Al2O3/Ag杂化粒子的过程中，所述液相还原法中的反应的温度为3℃～8℃，优选为3℃～4℃；优选地，制备片状Al2O3/Ag杂化粒子的过程中，所述液相还原法中的反应的时间为1.5h～5h，优选为2h～3h。7.根据权利要求1-3任一项所述的复合材料，其特征在于，所述片状填料粒子为改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子；优选地，所述改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子是由改性的片状Al2O3及沉积在所述改性的片状Al2O3表面的纳米Ag构成的；优选地，所述改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子中，所述纳米Ag的粒径在10nm以下；优选地，所述改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子中，改性的片状Al2O3和纳米Ag的质量比为100:1～50:1；优选地，所述改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子的制备方法为：以改性的片状Al2O3和AgNO3为原料，NaBH4为还原剂，通过液相还原法，使还原得到的纳米Ag沉积在改性的片状Al2O3的表面，从而得到改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子；优选地，制备改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子的过程中，所述液相还原法中的反应的温度为3℃～8℃，优选为3℃～4℃；优选地，制备改性的片状Al2O3/Ag杂化粒子的过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙蓉，潘桂然，曾小亮，么依民，孙佳佳，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44