一种高回弹低热阻界面材料及其制备方法技术

本申请涉及一种高回弹低热阻界面材料及其制备方法，涉及导热材料的领域，高回弹低热阻界面材料包括石墨烯导热膜，石墨烯导热膜上贯穿开设有若干导热孔，导热孔内填充有导热浆料，导热浆料包括以下重量份的原材料：碳纤维50~700份；导热粉体500~1700份；硅油50~120份；偶联剂0.3~2份；固化剂1~4份；抑制剂0.1~1份；催化剂1~4份；所述碳纤维沿所述导热孔的开设方向定向排列。本申请以石墨烯导热膜为导热基体，通过在其上开设导热孔并填充导热浆料，导热浆料中碳纤维沿石墨烯导热膜的垂直方向定向排列，为石墨烯导热膜在垂直方向上提供良好的热传导效果，提升石墨烯导热膜的整体导热性能和压缩回弹性能。能和压缩回弹性能。能和压缩回弹性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高回弹低热阻界面材料及其制备方法


[0001]本申请涉及导热材料的领域，尤其是涉及一种高回弹低热阻界面材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着5G时代的来临，电子芯片工作频率不断升高，电子产品逐步向轻量化、高集成化方向发展，导致设备的发热量大幅度上升。多余的热量不及时传导出去就会极大影响电子元器件的工作状态，严重时甚至会造成失效，寿命降低。为了解决这个问题，热界面材料应运而生，然而传统的热界面材料导热系数低主要集中在1
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10W，难以满足高热量传导需求。
[0003]石墨烯是一种由碳原子堆积而成的单层二维蜂窝状晶格结构的新型碳材料，它不仅具有优异的力学、光学、电学等性能，还具有较好的热学性能，理论热导率可以达到5300W/(m
·
K)，是常见的金属材料的十几倍。目前以石墨烯为原材料开发的多孔结构石墨烯膜水平导热系数最高可达1000W/(m
·
K)以上，具有良好的热量传递效果，同时具有良好的可压缩性。然而多孔石墨烯膜厚度方向导热系数比较低，通常小于10W/(m
·
K)，难以满足厚度方向高热流密度带来的热量传递，并且厚度方向在受压之后其回弹效果很差，难以很好地填充芯片和散热器件之间的间隙公差，导致界面产生的热量难以很好地传输出去，影响电子产品的散热性能。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本申请提供一种高回弹低热阻界面材料及其制备方法，在具有良好的导热性能的同时，可以提供很好的回弹效果，可以充分填充芯片和散热器件之间的间隙，提升导热性能。
[0005]第一方面，本申请提供一种高回弹低热阻界面材料，采用如下的技术方案：一种高回弹低热阻界面材料，包括石墨烯导热膜，所述石墨烯导热膜上贯穿开设有若干导热孔，所述导热孔内填充有导热浆料；所述导热浆料包括以下重量份的原材料：碳纤维50～700份；导热粉体500～1700份；硅油50～120份；偶联剂0.3～2份；固化剂1～4份；抑制剂0.1～1份；催化剂1～4份；所述碳纤维沿所述导热孔的开设方向定向排列。
[0006]通过采用上述技术方案，石墨烯具有良好的导热性能，但是石墨烯的导热性能具
有各向异性，其在水平方向上的导热性能极佳，由其制成的石墨烯导热膜在水平方向上具有很好的导热效果。通过在石墨烯膜上打孔并在其中填充导热浆料，导热孔垂直于石墨烯导热膜的平面方向，可以为石墨烯导热膜在垂直于其平面方向上提供良好的导热效果，进而弥补石墨烯导热膜在垂直方向上导热性能的不足。导热浆料以硅油为主要分散材料，通过在其中添加碳纤维并且对碳纤维做定向排列使其沿导热孔的开设方向延伸分布，由于碳纤维本身也是一种各向异性导热材料，经过定向排列后使得导热孔中填充的导热浆料在石墨烯导热膜垂直方向上具有良好的热传导效果，进而提升石墨烯导热膜在垂直方向上的导热性能。进一步在导热浆料中添加导热粉体，导热粉体整体呈颗粒状，增强导热孔中填充的导热浆料的导热性能的同时导热粉体可以起到一定的连接相邻的碳纤维的作用，使得碳纤维在导热孔中的连续性得到提升，进一步提升石墨烯导热膜在垂直方向上的导热性能。
[0007]硅油固化后本身具有良好的弹性，将其填充在导热孔中后可以在导热膜中形成具有良好的弹性的支撑骨架，使导热膜在垂直方向上的回弹性能得到明显提升，并且由于导热孔中定向排列有碳纤维，可以为石墨烯导热膜提供进一步的弹性效果，使得石墨烯导热膜的回弹性能得到进一步的提升。
[0008]可选的，所述石墨烯导热膜通过以下方法制得：S1、取氧化石墨烯浆料经过涂布得到氧化石墨烯涂膜；S2、将所述氧化石墨烯涂膜干燥去除其中水分，制得氧化石墨烯膜；S3、将氧化石墨烯膜于2500～3500℃下进行石墨化，制得石墨烯导热膜。
[0009]可选的，所述氧化石墨烯浆料为氧化石墨烯水浆料，氧化石墨烯固含量为0.1～15wt％，进一步优选为5～10wt％。
[0010]可选的，步骤S2中，氧化石墨烯涂膜的干燥温度为80～150℃，进一步优选为100～120℃。
[0011]可选的，步骤S3中，石墨化所用时长为4～10h，进一步优选为8～10h。
[0012]通过采用上述技术方案，石墨烯导热膜通由氧化石墨烯浆料涂布干燥后经石墨化制得，氧化石墨烯在水中可以很好地分散形成浆料，采用涂布工艺制备石墨烯导热膜，在涂布过程中，层状的氧化石墨烯沿平面水平方向取向，进而使制得的石墨烯导热膜在水平方向上具有更好的热传导效果，提升石墨烯导热膜在膜层平面方向的导热性能。通过涂布工艺制得的石墨烯导热膜，相较于传统的多层石墨烯薄膜粘接的制备工艺，石墨烯膜层间的热阻更小，并且石墨烯片层在水平方向上的取向性更好，具有更优的热传导效果。
[0013]氧化石墨烯浆料中氧化石墨烯的固含量限定在0.1～15wt％范围，并进一步优选为5～10wt％，可以使得到的涂膜具有更好的涂布效果，制成的膜层的结构强度更好，并且可以获得更好的水平导热性能。
[0014]石墨化过程中，通过高温使氧化石墨烯中原本分布杂乱无章的碳原子整齐排列，并且碳材料会经“微晶”增长由碳网的二维结构向三维有序结构转变，石墨烯导热膜的力学性能和强度得到有效提升，并且氧化石墨烯膜层间的热阻明显降低，在水平和垂直方向的导热性能均得到有效的提升。
[0015]可选的，所述石墨烯导热膜的厚度为10～1000μm。
[0016]进一步优选，所述石墨烯导热膜的厚度为50～300μm。
[0017]通过采用上述技术方案，在此厚度范围下，石墨烯导热膜中的石墨烯片层具有更
好的取向，在石墨烯导热膜水平方向上的热传导效果更好，并且具有更好的力学性能。
[0018]可选的，所述导热浆料通过以下方法制得：按配比，将碳纤维、导热粉体、硅油、偶联剂、固化剂、抑制剂混合均匀，然后加入催化剂均匀混合，制得导热浆料。
[0019]可选的，所述碳纤维的直径为5～20μm，长度为50～300μm。所述碳纤维的导热系数不低于900W/(m
·
k)。
[0020]通过采用上述技术方案，碳纤维的长度与石墨烯导热膜的厚度相匹配，在不超出石墨烯导热膜厚度范围的情况下，尽可能贯通石墨烯导热膜的两侧，为石墨烯导热膜在垂直方向上提供良好的热传导效果。
[0021]可选的，所述导热粉体为氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、石墨、石墨烯、铝粉、铜粉、银包铝粉中的一种或多种的组合。
[0022]可选的，所述导热粉体的平均粒径为1～15μm。
[0023]通过采用上述技术方案，上述导热粉体均具有良好的热传导效果，并且可以在硅油中均匀分散，使得导热浆料的导热性能得到进一步的提升。将导热粉体的平均粒径限定在上述范围内，可以避免粒径过小导致其不易分散出现的团聚现象，也可以避免粒径过大影响导热浆料的填充以及导热性能。
[0024]可选的，所述硅油的粘度为100～300mPa
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s。
[0025]通过采用上述技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高回弹低热阻界面材料，其特征在于，包括石墨烯导热膜(1)，所述石墨烯导热膜(1)上贯穿开设有若干导热孔(2)，所述导热孔(2)内填充有导热浆料，所述导热浆料包括以下重量份的原材料：碳纤维 50~700份；导热粉体 500~1700份；硅油 50~120份；偶联剂 0.3~2份；固化剂 1~4份；抑制剂 0.1~1份；催化剂 1~4份；所述碳纤维沿所述导热孔(2)的开设方向定向排列。2.根据权利要求1所述的一种高回弹低热阻界面材料，其特征在于，所述石墨烯导热膜(1)通过以下方法制得：S1、取氧化石墨烯浆料经过涂布得到氧化石墨烯涂膜；S2、将所述氧化石墨烯涂膜干燥去除其中水分，制得氧化石墨烯膜；S3、将氧化石墨烯膜在2500~3500℃下进行石墨化，制得石墨烯导热膜。3.根据权利要求2所述的一种高回弹低热阻界面材料，其特征在于，所述氧化石墨烯浆料为氧化石墨烯水浆料，氧化石墨烯固含量为0.1~15wt%。4.根据权利要求1所述的一种高回弹低热阻界面材料，其特征在于，所述石墨烯导热膜(1)的厚度为10~1000μm。5.根据权利要求1所述的一种高回弹低热阻界面材料，其特征在于，所述导热浆料通过以下方法制得：按配...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹勇，羊尚强，孙爱祥，方晓，
申请(专利权)人：深圳市鸿富诚新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：