一种石墨烯散热涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯散热涂料，按重量份计，包括水性树脂20

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯散热涂料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及散热涂料制备
，尤其是涉及一种石墨烯散热涂料及其制备方法。

技术介绍

[0002]伴随着电子电路和通信技术的发展，电子器件、高性能芯片不断朝小型化、轻量化、高效化方向发展。器件的体积逐渐缩小，散热不良产生的高温不仅导致设备运行不稳，使用寿命缩短，甚至使某些部件烧毁。因此，散热问题是限制轻量化高性能器件发展的一个瓶颈。当前市场主要以翅片散热解决电子元件散热问题，但是翅片散热器受体积、质量的限制，散热效率有限，也难以满足大功率电子元件的散热要求。
[0003]热管理是电子产品组件的核心构成，并且随着组装密度和集成度的持续提升而越来越受到重视。散热下游应用领域众多，包括消费类电子、汽车、基站、服务器和数据中心等，市场空间在千亿级别。根据前瞻产业研究院预估，2018年
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2023年散热产业年复合增长率达8％，市场规模有望从2018年的1497亿元增长到2023年的2199亿元。手机散热约占散热行业总规模的7％，2018年约为100亿元。虽然占比低，但是未来受益于5G智能终端持续升级的驱动，手机散热市场有望保持高增长，2018
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2022年年平均复合增长率有望达26％。此外，5G商用基站大规模建设也有望驱动半固态压铸壳体和吹胀板散热市场空间的扩大。而从长期发展趋势来看，5G带来的网络流量的增加，服务器散热市场也将持续扩大。
[0004]针对散热问题的严峻性，研究人员将散热涂料应用于电子领域，来解决散热问题。一般的散热涂料是以聚合物作为基材，再加入一些导热性能好的金属填料，主要包括传统的金、铜、铝，以及一些导热系数较高的非金属填料如氮化铝、氮化硅、氧化铝、氧化镁等。散热效果达不到要求，同时附着力、耐候性和耐盐雾性均达不到要求。鉴于以上原因，设计一种石墨烯散热涂料及其制备方法是很有必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种石墨烯散热涂料及其制备方法，提升了基材表面的热辐射系数和物体表面的热交换效率，降低了物体表面及内部温度，同时还具有较好的附着力和耐候性及耐盐雾性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种石墨烯散热涂料，按重量份计，包括水性树脂20
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60份、石墨烯20
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50份、导热粒子2
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10份、石墨烯量子点10
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20份、磷酸二氢铝溶液50
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60份、木质素磺酸钠0.2
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0.8份。
[0007]优选的，所述导热粒子为碳纳米管、棒状氧化锌中的一种或两种。
[0008]优选的，所述导热粒子为碳纳米管，碳纳米管与石墨烯的质量比为1:1
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5:1。
[0009]优选的，还包括改性剂。
[0010]优选的，所述改性剂为苯类、醚类、油酸和乙二醇中的一种或几种的混合。
[0011]优选的，所述水性树脂包括水性羟基丙烯酸树脂、水性有机硅改性丙烯酸树脂和
环氧树脂中的至少一种。
[0012]一种石墨烯散热涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1、制备预处理石墨烯：先将20
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50份的石墨烯、0.2
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0.8份的木质素磺酸钠加入50
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60份的磷酸二氢铝溶液中，在球磨机中研磨分散，然后烘干，再加热进行高温处理，最后冷却研磨，出料，得到预处理石墨烯；
[0014]S2、预处理石墨烯和碳纳米管的改性：将预处理石墨烯和碳纳米管在浸泡液中浸泡2
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4h，并在浸泡过程中不断搅拌所述浸泡液，所述浸泡液为三氟乙酸溶液，然后向浸泡的预处理石墨烯和碳纳米管中添加改性剂在超声条件下进行改性，再经过过滤和干燥，得到改性的石墨烯
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碳纳米管复合物；
[0015]S3、石墨烯散热涂料的制备：将20
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60份的水性树脂、改性的石墨烯
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碳纳米管复合物、10
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20份的石墨烯量子点在超声作用下进行混合研磨、剪切，得到复合浆体材料。
[0016]优选的，所述步骤S1中的磷酸二氢铝溶液的质量浓度为15
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20％。
[0017]优选的，所述步骤S2中改性的温度不大于50℃。
[0018]优选的，所述步骤S3中超声功率为1000
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1200W，时间为40
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60min。
[0019]石墨烯具有规整的碳六元环结构而具有优异的导热性能，然而，由石墨烯堆叠而成的石墨烯薄膜面内方向具有较高的导热性能，但是其厚度方向导热性能很低，碳纳米管是由石墨中的碳原子层卷曲而成的同轴圆管，将具有不同结构的石墨烯和碳纳米管相结合，通过片层结构的石墨烯和圆管结构的碳纳米管之间的协同作用，碳纳米管在石墨烯片之间架起了一个传热的桥梁，使得石墨烯和碳纳米管形成了三维的导热网络，增加了石墨烯薄膜内的接触界面，减小了石墨烯层间距，使得石墨烯片层间热阻降低，显著提高了石墨烯层间导热性能，也有效的阻止了石墨烯之间的团聚。将石墨烯和碳纳米管经过表面改性，制备改性后的石墨烯
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碳纳米管复合物，通过改善石墨烯和碳纳米管的表面性能，使石墨烯和碳纳米管能更均匀的分散于水性树脂中，增强了石墨烯和碳纳米管在水性树脂中的稳定性，有利于热量的传导；通过在原料中引入碳纳米管，对石墨烯和碳纳米管的表面进行改性，以及调整原料的加入顺序相结合，减少了石墨烯的团聚，提高了石墨烯层间的导热性能，增加了石墨烯和碳纳米管在水性树脂中的稳定性和分散性，从而增加了石墨烯散热涂料的热导率，解决了石墨烯散热涂料的导热性能差，散热效果不理想的问题。
[0020]为了在石墨烯和碳纳米管表面产生更多的活性位点，以便于对石墨烯和碳纳米管进行改性，在改性之前，预处理石墨烯和碳纳米管还经过浸泡处理，增大浸泡液与石墨烯和碳纳米管的接触面积，另外在对石墨烯和碳纳米管进行浸泡处理和改性处理之前，还可以对石墨烯和碳纳米管进行粉碎处理，使石墨烯和碳纳米管的粒径不大于10um，其中，粉碎处理包括但不限于球磨和研磨，本领域的技术人员可以根据实际情况选择合适的粉碎处理方式，只要能使石墨烯和碳纳米管的粒径不大于10um即可。当然，本领域的技术人员也可以直接选择粒径不大于10um的石墨烯和碳纳米管作为原料，通过在浸泡处理和改性处理之前，控制石墨烯和碳纳米管的粒径不大于10um，一方面是为了能增大石墨烯、碳纳米管与浸泡液、改性剂接触的面积，并让更多的活性位点暴露于改性剂中，以更充分的对石墨烯和碳纳米管进行改性，另一方面是为了减少后续研磨处理的难度，并避免在后续的研磨过程中，石墨烯和碳纳米管团聚。将浸泡处理后的石墨烯和碳纳米管取出，经过干燥处理后，再将石墨烯和碳纳米管与改性剂混合均匀，在超声条件下进行改性处理。改性剂为甲苯，经过浸泡液
浸泡后的石墨烯和碳纳米管表面具有较多的活性位点，这些活性位点更容易本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯散热涂料，其特征在于：按重量份计，包括水性树脂20
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60份、石墨烯20
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50份、导热粒子2
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10份、石墨烯量子点10
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20份、磷酸二氢铝溶液50
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60份、木质素磺酸钠0.2
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0.8份。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯散热涂料，其特征在于：所述导热粒子为碳纳米管、棒状氧化锌中的一种或两种。3.根据权利要求2所述的一种石墨烯散热涂料，其特征在于：所述导热粒子为碳纳米管，碳纳米管与石墨烯的质量比为1:1
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5:1。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯散热涂料，其特征在于：还包括改性剂。5.根据权利要求4所述的一种石墨烯散热涂料，其特征在于：所述改性剂为苯类、醚类、油酸和乙二醇中的一种或几种的混合。6.根据权利要求1所述的一种石墨烯散热涂料，其特征在于：所述水性树脂包括水性羟基丙烯酸树脂、水性有机硅改性丙烯酸树脂和环氧树脂中的至少一种。7.一种如权利要求1
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6任一项所述的石墨烯散热涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备预处理石墨烯：先将20
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50份的石墨烯、0.2
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0.8份的木...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永欣，刘牧，欧洋，李云飞，
申请(专利权)人：陕西邦希化工有限公司，
类型：发明
国别省市：