一种导热材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种导热材料及其制备方法和应用。一种导热材料，包括：改性碳纳米管和分散在改性碳纳米管表面的硅颗粒；硅颗粒的粒径为1～5nm；硅颗粒的质量占导热材料质量的50～60％。本发明专利技术的导热材料，将绝缘的硅颗粒包裹在导电的改性碳纳米管上，实现了改性碳纳米管的绝缘化，因此能够获取兼具绝缘性的高导热材料。本发明专利技术还提供了上述导热材料的制备方法和应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种导热材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于绝缘灌封
，具体涉及一种导热材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]灌封胶主要用于工业元件的粘接、密封和保护。目前，灌封胶已广泛地用于电子器件制造业，是电子工业中不可缺少的绝缘材料，可强化电子器件的整体性，提高对外来冲击、震动的抵抗力，同时可为内部元件、线路间提供绝缘性。
[0003]随着微电子和集成电路向高速度、高密度、小型化、轻量化方向发展，电子元器件、逻辑电路的体积被压缩，单位体积电子设备所产生的热量急剧增加，因而导热性能将影响电子元器件、电子设备的寿命和可靠性。这要求用于电子元器件的灌封胶具有优异的导热性能和绝缘性。
[0004]相关技术中通常采用添加导热填料的方法提升传统灌封胶的导热性，金属、金属氧化物、陶瓷和碳基材料是几种常用的导热填料。其中金属和碳基材料不具备绝缘性；金属氧化物和陶瓷的导热性能较差，包括金属氧化物和陶瓷的灌封胶，导热系数通常在1Wm/K附近，远不能满足高导热灌封胶的要求。
[0005]综上，现有的导热填料难以同时满足高导热和高绝缘的要求，不能用于制备适用于电子元器件的灌封胶。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种导热材料，将绝缘的硅颗粒包裹在导电的改性碳纳米管上，实现了改性碳纳米管的绝缘化，因此能够获取兼具绝缘性的高导热材料。
[0007]本专利技术还提出具有上述导热材料的制备方法。
[0008]本专利技术还提出上述导热材料的应用。
[0009]根据本专利技术的一个方面，提出了一种导热材料，包括：
[0010]改性碳纳米管和分散在所述改性碳纳米管表面的硅颗粒；
[0011]所述硅颗粒的粒径为1～5nm；
[0012]所述硅颗粒的质量占所述导热材料质量的50～60％。
[0013]根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0014](1)常温下(约25℃)，硅单质的热导率约为150W/m
·
K，碳纳米管单位面积弹道热导高达5.88
×
109W/m2·
K，径向热导率通常也≥650W/m
·
K(碳纳米管的热导率随其直径、长度以及长径比的变化而变化)；因此将硅和改性碳纳米管复合在一起，可获得高导热材料。
[0015](2)本专利技术中，纳米尺寸的硅颗粒排列在改性碳纳米管表面，形成绝缘包覆层，相当于硅颗粒对改性碳纳米管进行了绝缘改性，因此本专利技术提供的导热材料兼具高导热性和绝缘性。
[0016](3)本专利技术提供的导热材料继承了改性碳纳米管的线性结构，相较于点状的颗粒
结构，线性结构更容易在灌封胶中形成导热通路，进而达到导热的目的，因此本专利技术提供的导热材料可一定程度上降低灌封胶中导热材料的添加量，进一步提升灌封胶的存储稳定性。
[0017](4)通过调整硅颗粒的粒径以及硅颗粒的质量占比，可使硅颗粒完全包裹改性碳纳米管，达到绝缘改性的目的；又能有效控制硅颗粒排列而成的壳层的厚度，避免影响导热材料的热导率。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述改性碳纳米管的外直径为30～50nm。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述改性碳纳米管的长度为1～2μm。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，所述改性碳纳米管上含有羧基和羟基中的至少一种。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，所述改性碳纳米管上羧基的质量含量为0.5～1％。
[0022]所述羧基和羟基有助于提升所述改性碳纳米管和所述硅颗粒之间的结合强度。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，所述导热材料的比表面积为95～130m2/g。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，所述导热材料的比表面积为100～120m2/g。
[0025]根据本专利技术的再一个方面，提出了所述导热材料的制备方法，包括将硅粉和所述改性碳纳米管混合、球磨。
[0026]根据本专利技术的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：
[0027](1)由于粒径为1～5nm的硅颗粒难以购买得到，且性质过于活泼，难以稳定保存；本专利技术采用简单的球磨，以自上而下(从大块物质制备纳米材料，对应的还有自下而上，即以原子态的物质聚合形成纳米颗粒)法实现了纳米硅颗粒的制备；相较于传统的气相沉积(自下而上)等方法，本专利技术提供的方法更简单，且设备成本更低。
[0028](2)球磨法是一种物理
‑
化学法，不但能实现粒径的调控，还能在所得硅颗粒表面形成缺陷，促使硅颗粒和改性碳纳米管之间形成牢固结合，即形成稳定的绝缘包覆。
[0029]在本专利技术的一些实施方式中，所述硅粉的直径为500nm～5μm。
[0030]在本专利技术的一些实施方式中，所述球磨中，研磨球的直径为0.1～4mm。
[0031]在本专利技术的一些实施方式中，按重量比，所述研磨球包括1份直径为0.1～1mm的研磨球和2～5份直径为2～4mm的研磨球。
[0032]在本专利技术的一些实施方式中，所述球磨的球料比为2～20:1。
[0033]所述球料比，表示所述研磨球的质量，与所述硅粉和改性碳纳米管质量之和的比例。
[0034]在本专利技术的一些实施方式中，所述研磨球的材质包括氧化铝和氧化锆中的至少一种。
[0035]在本专利技术的一些实施方式中，所述球磨的转速为300～1200rpm。
[0036]在本专利技术的一些实施方式中，所述球磨的时长为2～24h。
[0037]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述制备方法还包括在所述球磨前添加助磨剂。
[0038]在本专利技术的一些实施方式中，所述助磨剂包括二乙二醇、乙二醇和葡萄糖中的至少一种。
[0039]所述助磨剂一方面可避免所述球磨得到的硅颗粒相互吸附、团聚，从而提高球磨
效率；另一方面，上述所述助磨剂均为还原性醇，为所述球磨提供还原性环境。
[0040]在本专利技术的一些实施方式中，所述助磨剂的质量为所述硅粉质量的0.5～3wt％。
[0041]在本专利技术的一些实施方式中，所述制备方法还包括在所述球磨后进行煅烧。
[0042]在本专利技术的一些实施方式中，所述煅烧的温度为280～400℃。
[0043]在本专利技术的一些实施方式中，所述煅烧的时长为1～5h。
[0044]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述煅烧的时长为3～4h。
[0045]所述煅烧，可进一步去除所述导热材料中的水分，以制备性能更优异的灌封胶；所述煅烧，也可进一步提升所述硅颗粒和改性碳纳米管之间的结合强度，避免出现硅颗粒脱落；所述煅烧，还可去除所述助磨剂，使其挥发，或者热解形成改性碳纳米管和硅颗粒之间的碳基连接部分，提升两者间的附着强度。
[0046]在本专利技术的一些实施方式中，所述制备方法在保护气氛下进行。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导热材料，其特征在于，包括：改性碳纳米管和分散在所述改性碳纳米管表面的硅颗粒；所述硅颗粒的粒径为1～5nm；所述硅颗粒的质量占所述导热材料质量的50～60％。2.根据权利要求1所述的导热材料，其特征在于，所述改性碳纳米管的外直径为30～50nm；优选地，所述改性碳纳米管的长度为1～2μm。3.根据权利要求1所述的导热材料，其特征在于，所述改性碳纳米管上含有羧基和羟基中的至少一种。4.根据权利要求1～3任一项所述的导热材料，其特征在于，所述导热材料的比表面积为95～130m2/g。5.一种如权利要求1～4任一项所述导热材料的制备方法，其特征在于，包括将硅粉和所述改性碳纳米管混合、球磨。6.根据权利要求5所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞国金，周佩先，赖金洪，
申请(专利权)人：湖南创瑾技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：