一种导热垫片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种导热垫片的制备方法，包括：A)将模板浸渍、喷涂或浇注石墨烯分散液，烘干，得到石墨烯复合的模板结构；B)将所述模板结构除去模板，得到三维膜状的石墨烯网络结构；C)将含有绝缘导热填料的硅胶填充所述三维膜状的石墨烯网络结构中，得到导热垫片样件；D)将封装层复合于所述导热垫片样件上，得到导热垫片。本发明专利技术采用具有特定三维膜状的石墨烯网络结构，在该网络结构中石墨烯片层紧密有序排列在一起，形成良好的导热通路解决了石墨烯分散难和石墨烯片层搭接不完全的问题；本发明专利技术解决了石墨烯有序排列的问题，以满足高热导率的要求，同时解决了绝缘性问题，以满足击穿电压的测试要求。

【技术实现步骤摘要】
一种导热垫片及其制备方法
本专利技术涉及材料
，尤其是涉及一种导热垫片及其制备方法。
技术介绍
随着各种电子器件在向短、小、轻、薄方向发展，微型化的晶体管堆积密度大大增加，电子产品更高的集成度意味着封装在电路板中的电子元件将会产生更多的热，如果不及时的将产生的热传导出去，会引起电子产品中热量的迅速累积，从而使得电子元件的工作温度升高，这不仅将影响设备的正常工作效率，而且其使用寿命也会大大缩短。为保证电子元器件长时间高可靠地正常工作，必须阻止工作温度的不断升高，因此及时散热能力就成为影响其使用寿命的重要因素，迫切需要研制高导热性能的导热界面材料。尤其是随着5G/6G时代的到来，通讯设备的功率将会进一步提高，大功率电子器件严苛的散热需求成为未来不可避免的问题。目前国内的导热界面材料热导率一般都在1—5W/mK，已经无法满足目前电子产品高度集成化的散热要求，而超过5W/mK的产品价格甚至是普通产品的十倍左右，不能被一般用户所接受。因此，研究导热界面材料的新配方，提高导热界面材料的综合性能，研制出性能达到甚至超越国外同类产品性能指标的导热界面材料具有重要的技术突破意义和潜在的市场价值。石墨烯是一种由碳原子以sp2键彼此结合，形成以正六边形单元组成、蜂巢状周期结构的碳材料，理论热导率高达5,300W/mK，并且有良好的热稳定性和化学稳定性。而石墨烯的二维几何形状及其巨大的比表面积，使其与基体材料间可以实现较强的耦合作用，同时其各向异性的结构也为可控设计导热通路结构提供了新的思路。上述特点使得石墨烯成为界面材料的理想填料。而且石墨烯规模化制备技术在近年来也取得了长足进步，例如宁波墨西科技有限公司已经建成全球最大规模的年产300吨石墨烯一期生产线，在产品质量和成本上都为石墨烯的规模应用奠定了坚实基础。研究表明，石墨烯基导热界面材料的热导率相对传统导热界面材料可明显提高，石墨烯可以在较低的填料含量下达到更高的导热增强效果，当填料聚集成的传导块平行于聚合物传导块的热流方向时，热导率达到最大值。现有的添加石墨烯的导热硅胶垫片基本都是把石墨烯和其他导热填料一起加入基胶中直接共混得到的产品，对于石墨烯在产品中的分散状态和分布形式不能有效控制，以至于热导率的提高难以得到有效调控，而且裸露在表面的石墨烯会使导热垫片具有一定的导电性，不能满足实际使用要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种内部石墨烯高度有序排列的导热垫片的制备方法，本专利技术提供的内部石墨烯高度有序排列的导热垫片的制备方法可以提高石墨烯基导热垫片的径向热导率并对热导率大小进行可控调节。本专利技术提供了一种导热垫片的制备方法，包括：A)将模板浸渍、喷涂或浇注于石墨烯分散液中，烘干，得到石墨烯复合的模板结构；B)将所述模板结构除去模板，得到三维膜状的石墨烯网络结构；C)将含有绝缘导热填料的硅胶填充于所述三维膜状的石墨烯网络结构中，得到导热垫片样件；D)将封装层复合于所述导热垫片样件上，得到导热垫片。优选的，步骤A)所述模板为网格状的槽型模板；所述网格状选自菱形、六边形、方形、翅片和百褶圆柱状中的一种或几种。优选的，步骤A)所述石墨烯分散液为经过偶联剂处理的石墨烯分散液，所述偶联剂为硅烷类或钛酸酯类偶联剂；所述石墨烯在分散液中的质量百分数为1.0％～3.5％；所述偶联剂的添加量为石墨烯质量的1％～10％。优选的，步骤A)所述烘干温度为60～150℃。优选的，步骤A)所述模板的高度为0.5～6mm；所述模板孔径为0.1～3mm；所述石墨烯复合的模板中石墨烯的厚度为10～75μm。优选的，步骤A)所述模板的材质为金属或塑料，所述金属选自铜、铝或镍。优选的，步骤B)所述除去模板的方式为酸腐蚀或高温融化中的一种。优选的，步骤C)所述绝缘导热填料选自氧化铝、氧化镁、氮化硼和氮化铝的一种或者几种；所述绝缘导热填料与硅胶的质量比为60～90:10～40；所述三维结构的石墨烯与含有绝缘导热填料的硅胶的质量比为1～5:95～99。优选的，步骤D)所述封装层的厚度为0.005～0.0.03mm；所述复合的具体方式选自包覆、涂覆、浸渍中的一种。本专利技术提供了一种高度有序的导热垫片，由上述技术方案所述的制备方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术提供了一种导热垫片的制备方法，包括：A)将模板浸渍、喷涂或浇注石墨烯分散液，烘干，得到石墨烯复合的模板结构；B)将所述模板结构除去模板，得到三维膜状石墨烯网络结构；C)将含有绝缘导热填料的硅胶填充于所述三维膜状石墨烯网络结构中，得到导热垫片样件；D)将封装层复合于所述导热垫片样件上，得到导热垫片。本专利技术首先将石墨烯进行分散，分散过程能有效的阻碍石墨烯的回叠，同时使石墨烯带有一定的官能团，可以更好的与硅胶体系进行结合。同时采用具有特定三维膜状的石墨烯网络结构，在该网络结构中，石墨烯片层紧密有序排列在一起，已经形成良好的导热通路不存在分散难和导热网络搭接不完全的情况；同时在浆料状态进行加工还解决了石墨烯干燥后易团聚和难以添加的问题。石墨烯三维网络结构的形状也可以控制，进行锯齿状、翅片、圆形等各种方式的组装和结合，以满足电子产品不同形状和部位的需要。本专利技术解决了石墨烯有序排列的问题，以满足高热导率的要求，同时解决了绝缘性问题，以满足击穿电压的测试要求。实验结果表明，本专利技术制备的含少量硅胶的此类垫片热导率甚至高达100w/mk以上。很好的解决了石墨烯热导率各向异性的问题。附图说明图1为本专利技术其中一个技术方案所述的菱形结构的石墨烯结构示意图；图2为本专利技术其中一个技术方案所述的蜂窝结构的石墨烯结构示意图；图3为本专利技术实施例1制备的单面包覆绝缘层示意图；图4为本专利技术实施例2制备的双面包覆绝缘层示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种导热垫片及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。本专利技术提供了一种导热垫片的制备方法，包括：A)将模板浸渍、喷涂或浇注于石墨烯分散液中，烘干，得到石墨烯复合的模板结构；B)将所述模板结构除去模板，得到三维膜状的石墨烯网络结构；C)将含有绝缘导热填料的硅胶填充于所述三维膜状的石墨烯网络结构中，得到导热垫片样件；D)将封装层复合于所述导热垫片样件上，得到导热垫片。本专利技术首先将模板浸渍、喷涂或浇注石墨烯分散液。本专利技术首先制备石墨烯分散液，所述石墨烯分散液优选为经过偶联剂处理的石墨烯分散液，所述偶联剂优选为硅烷类或钛酸酯类偶联剂；所述硅烷类偶联剂优选具体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷、γ氨丙基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等；所述钛酸酯类偶联剂优选具体为植物酸型单烷氧基类钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯等所述石墨烯在分散液中的质量百分数优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热垫片的制备方法，包括：A)将模板浸渍、喷涂或浇注石墨烯分散液，烘干，得到石墨烯复合的模板结构；B)将所述模板结构除去模板，得到三维膜状的石墨烯网络结构；C)将含有绝缘导热填料的硅胶填充于所述三维膜状的石墨烯网络结构中，得到导热垫片样件；D)将封装层复合于所述导热垫片样件上，得到导热垫片。

【技术特征摘要】
1.一种导热垫片的制备方法，包括：A)将模板浸渍、喷涂或浇注石墨烯分散液，烘干，得到石墨烯复合的模板结构；B)将所述模板结构除去模板，得到三维膜状的石墨烯网络结构；C)将含有绝缘导热填料的硅胶填充于所述三维膜状的石墨烯网络结构中，得到导热垫片样件；D)将封装层复合于所述导热垫片样件上，得到导热垫片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述模板为网格状的槽型模板；所述网格状选自菱形、六边形、方形、翅片和百褶圆柱状中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述石墨烯分散液为经过偶联剂处理的石墨烯分散液，所述偶联剂为硅烷类或钛酸酯类偶联剂；所述石墨烯在分散液中的质量百分数为1.0％～3.5％；所述偶联剂的添加量为石墨烯质量的1％～10％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述烘干温度为60～150℃。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁世云，周旭峰，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33