一种碳基导热绝缘体粉末、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种碳基导热绝缘体粉末、制备方法及应用。所述导热绝缘体粉末包括：碳基粉末和其表面包覆的具有黑色素结构的导热绝缘层。所述碳基粉末是石墨、碳纤维、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、无定形碳中的至少一种；具有黑色素结构的导热绝缘层是碳基粉末被多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中至少一种物质表面改性所得。制备方法包括：a、制备碳基粉末分散液；b、将多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中的至少一种物质加入至碳基分散液中，聚合制备得到所述碳基导热绝缘体粉末。本发明专利技术制备的碳基粉末具有高导热性和绝缘性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳基导热绝缘体粉末、制备方法及应用
本专利技术涉及导热材料领域，进一步地说，是涉及一种碳基导热绝缘体粉末、制备方法及应用。
技术介绍
随微电子集成技术和空芯印制板高密度组装技术高速发展，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超轻、薄、短、小方向发展，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、增加，在使用环境温度下，要使电子元器件仍能高可靠性地正常工作，及时散热能力成为影响其使用寿命的关键限制因素。散热问题成为当今电子制造行业领域的关键课题之一。为保障元器件运行可靠性，需使用具备高可靠性、高导热性能的综合性能优异的绝缘高分子材料来替代该场合下使用的普通高分子材料及部分陶瓷材料，迅速、及时地将发热元件积聚的热量传递给散热设备，保障电子设备正常运行。传统的导热材料主要是金属，如银、铜、铝等，合金及其氧化物或氮化物,材料密度较大，质量较重，当温度变化时金属导热材料与芯片间所产生的应力容易导致器件工作失效另外，金属材料的密度和纯度对导热率有很大的影响，且不耐腐蚀，大部分金属或合金材料成本较高，且不绝缘，这些都限制了此类导热材料在高功率器件中的应用。碳材料因其具有低密度、高导热性、低膨胀系数、高强度等优异性能成为当前研制高导热材料的热点之一，其中以金刚石和石墨材料为典型，金刚石是属于高强度、高硬度绝缘的高导热材料，热导率可达2000m-1·K-1，但因其成本昂贵，石墨材料具有较高的强度、导电性和耐热冲性，普通石墨材料的热导率室温下为100m-1·K-1，而单层石墨烯是sp2杂化的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳材料，是目前世界上最薄的材料，其理论导热系数为5300m-1·K-1，远高于银、铜、碳纳米管和金刚石等材料，但是其导电性限制了该类材料的应用范围；碳纳米管是石墨材料的一种，因此碳纳米管复合材料同样具有质量轻、2000℃以下可保持高强度、高弹性模量及延展性等特点，而且大气条件下即使在1000℃高温下也具有很小的热膨胀系数，但是，碳纳米管在有氧环境下，易被高温氧化，强度和性能会被破坏。基于以上所述，当前市场上主流的电子材料的导热率仍然偏低，一般为0.5～6.0W·m-1·K-1之间，工作温度上限一般为200℃。主要因为这些电子材料的复合配方与制备方法有待优化，如何保证复合材料的绝缘性的同时提高导热率仍然具有非常重要的现实意义。
技术实现思路
为解决现有技术中出现的问题，本专利技术提供了一种碳基导热绝缘体粉末、制备方法及应用。能有效提高碳基聚合物复合材料的导热性能。本专利技术的目的之一是提供一种碳基导热绝缘体粉末。包括：碳基粉末和其表面包覆的具有黑色素结构的导热绝缘层。所述具有黑色素结构的导热绝缘层是包覆在碳基粉末表面。优选：所述碳基粉末是石墨、碳纤维、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、无定形碳中的至少一种；所述具有黑色素结构的导热绝缘层是碳基粉末被多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中至少一种物质经过表面改性所得。所述碳基粉末的平均粒径范围为0.01～100μm。具体地，所述碳基粉末可以优选：石墨烯(可以是TimsGraphTM-石墨烯，中国科学院成都有机化学有限公司生产，纯度(≥95wt％)，直径为0.5～3μm，层数为1～10层，厚度为0.55～3.74nm)、碳纤维(可以是：C-25碳纳米纤维，中国科学院成都有机化学有限公司生产，纯度(99wt％)，纤维直径：150-200nm，长度：10～20微米)、单壁碳纳米管(可以是TimsstubTM-高纯单壁碳纳米管，中国科学院成都有机化学有限公司生产，纯度(≥90wt％)，外直径为1～2nm，长度为5～30μm)、多壁碳纳米管(可以是TimestubTM-高纯多壁碳纳米管，中国科学院成都有机化学有限公司生产，纯度(≥90wt％)，外直径≥50nm，长度为10～30μm)、或富勒烯C60(北京德科岛金科技有限公司生产，粒径5～40μm，纯度(≥98wt％))。所述的多巴可以优选阿拉丁公司生产(纯度为99％)、多巴胺可优选阿拉丁公司生产(纯度为98％)、盐酸多巴胺可优选阿拉丁公司生产(纯度为98％)、酪氨酸可优选阿拉丁公司生产(纯度为97％)。本专利技术的目的之二是提供一种碳基导热绝缘体粉末的制备方法。包括：a、制备碳基粉末分散液；b、将多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中的至少一种物质加入至碳基分散液中，聚合制备得到所述碳基导热绝缘体粉末。优选：步骤a中，碳基粉末分散液的浓度范围是1～50mg/mL。步骤b中，碳基粉末与多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中的至少一种物质的用量比为1：(0.05～2)。具体包括以下步骤：a、将碳基粉末加入去离子水中，超声搅拌至均匀分散，得碳基粉末分散液；b、在上述溶液中加入多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中的至少一种物质，用三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)调节溶液pH值为8～10，混合体系升温至45～70℃，再反应5～24h。固液分离，将得到的固体产物洗涤、干燥，得到碳基导热绝缘体粉末。本专利技术的目的之三是提供一种碳基导热绝缘体粉末导热复合材料中的应用。例如：在电子设备和散热器领域，有广泛的应用前景。本专利技术通过对碳基粉末表面进行修饰一层绝缘聚合物，在碳基粉末保持高导热率的同时具有电绝缘性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术制备的碳基粉末具有高导热性和绝缘性。(2)本专利技术提供的高导热绝缘碳基粉末的制备方法所制得的复合材料，可以很好地解决高功率器件工作是所遇到的热导率和绝缘性能匹配问题。(3)该方法简单可行、易于操作。具体实施方式下面结合实施例，进一步说明本专利技术。实施例1a、称取1g石墨烯(TimsGraphTM-石墨烯，中国科学院成都有机化学有限公司生产，纯度(≥95wt％)，直径为0.5～3μm，层数为1～10层，厚度为0.55～3.74nm)加入1L去离子水中，超声搅拌至均匀分散，得碳基粉末浓度分散液；b、称取0.05g多巴(阿拉丁公司生产，纯度为99％)加入至上述分散液中，用三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)调节pH值至8，混合体系升温至45℃，再反应5h。固液分离，将得到的固体产物洗涤、干燥，得到碳基导热绝缘体粉末。导热系数按ASTME146-2007标准测试，体积电阻率按GB/T1410-2006标准测试得到后换算。所得材料的导热系数为120W·m-1K-1，体积电阻率为1.5×109Ω·cm。实施例2a、称取1g碳纤维(C-25碳纳米纤维，中国科学院成都有机化学有限公司生产，纯度(99wt％)，纤维直径：150-200nm，长度：10～20微米)加入20mL去离子水中，超声搅拌至均匀分散，得碳基粉末浓度分散液；b、称取2g多巴胺(阿拉丁生产，98％)加入至上述分散液中，用三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)调节pH值至8.5，混合体系升温至60℃，再反应24h。固液分离，将得到的固体产物洗涤、干燥，得到碳基导热绝缘体粉末。所得材料的导热系数为23W·m-1K-1，体积电阻率为8.5×1013Ω·cm。实施例3a、称取1g单壁碳纳米管(TimsstubTM-高纯单壁碳纳米管，中国科学院成都有机化学有限公司生产，纯度(≥90wt％)，外直径为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳基导热绝缘体粉末，其特征在于所述导热绝缘体粉末包括：碳基粉末和其表面包覆的具有黑色素结构的导热绝缘层。

【技术特征摘要】
1.一种碳基导热绝缘体粉末，其特征在于所述导热绝缘体粉末包括：碳基粉末和其表面包覆的具有黑色素结构的导热绝缘层。2.如权利要求1所述的碳基导热绝缘体粉末，其特征在于：所述碳基粉末是石墨、碳纤维、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、无定形碳中的至少一种；所述具有黑色素结构的导热绝缘层是碳基粉末被多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中至少一种物质表面改性所得。3.如权利要求2所述的碳基导热绝缘体粉末，其特征在于：碳基粉末的粒径范围为0.01～100μm。4.一种如权利要求1～3之一所述的碳基导热绝缘体粉末的制备方法，其特征在于所述方法包括：a、制备碳基粉末分散液；b、将多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中的至少一种物质加入至碳基分散液中，聚合制备得到所述碳基...

【专利技术属性】
技术研发人员：东为富，汪洋，李婷，袁皓，陈明清，马丕明，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32