提高有机高分子材料表面导热性的方法、有机高分子材料和应用技术

本发明专利技术涉及一种提高有机高分子材料表面导热性的方法、有机高分子材料和应用。本发明专利技术的方法将有机高分子材料和固态金属同时置于等离子体中处理，提高有机高分子材料表面的导热性。本发明专利技术的方法工序简单，操作方便快捷，耗时较短，所用设备价格低廉。本发明专利技术提供的方法制备的有机高分子材料特别适用于仅需表面导热的器件以及导热高分子薄膜的制备。热的器件以及导热高分子薄膜的制备。

【技术实现步骤摘要】
提高有机高分子材料表面导热性的方法、有机高分子材料和应用


[0001]本专利技术涉及有机高分子材料表面处理的
，进一步地说，是涉及一种提高有机高分子材料表面导热性的方法及制备的有机高分子材料和应用。

技术介绍

[0002]高分子材料(有机高分子聚合物)导热主要依靠晶格振动产生弹性波的方式来传递能量，物理学中将晶格振动量子化，并称这种能量为声子。因此，高分子材料导热可视为声子传递的过程。高分子材料结晶度相对较低且晶区和非晶区混杂，导致材料内部存在很多缺陷和界面，声子在传递过程中遇到这些界面和缺陷会发生散射，同时声子与声子之间相遇也会发生散射。声子散射形成热阻，是高分子材料导热性差的主要原因。高分子材料热导率一般不超过1W/(m
·
K)。
[0003]提高高分子材料导热性的路径有两种：本征导热和填料导热。本征导热是在高分子合成和/或加工过程中使其高度结晶和/或取向，以减少声子散射，提高热导率。填料导热指将导热性较好的物质充填高分子材料，制备高分子基复合材料。
[0004]目前，相比本征导热，填料导热更常用，常用填料可分三类：金属、碳系材料和陶瓷。
[0005]利用填料导热提高高分子材料导热性最常用的方法是共混复合法，包括粉末共混、溶液共混和熔融共混三种方式。
[0006]例如中国专利CN107778534A公开一种由SiO2、Al2O3和AlN构成的复合导热填料，在1500摄氏度以上的高温加热共混制得。但是共混复合法工序多且复杂，受诸多因素影响，如填料的种类、形貌、粒径和分散状态等；耗时较长。并且，该方法提高的是材料整体的导热性，无法仅针对表面进行导热改性。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术中出现的问题，本专利技术提出了一种提高有机高分子材料表面导热性的方法及制备的有机高分子材料和应用。本专利技术通过将有机高分子材料和固态金属同时置于等离子体中处理的方法，向高分子材料表面引入金属原子和离子来提高高分子材料的表面热导率，实现仅针对表面进行导热改性。本专利技术的方法工序简单，操作方便快捷，耗时较短，所用设备价格低廉。本专利技术提供的方法制备的有机高分子材料特别适用于仅需表面导热的器件以及导热高分子薄膜的制备。
[0008]本专利技术的目的之一是提供一种提高有机高分子材料表面导热性的方法，所述方法将有机高分子材料和固态金属同时置于等离子体中处理，提高有机高分子材料表面的导热性。
[0009]在本专利技术中，将有机高分子材料和固态金属同时置于等离子体发生器中，然后开启等离子体发生器，将腔体内的工作气体离化，形成等离子体。等离子体中的高速粒子轰击
固态金属，将其表面的金属原子剥离。这些游离的金属原子进入等离子体相中，通过与等离子体相中的其他粒子碰撞，获得动能，在此同时它们中的一些形成金属离子。上述等离子体相中的这些游离金属原子通过扩散方式进入高分子材料，上述等离子体相中的游离金属离子一部分通过扩散、一部分通过离子注入进入高分子材料表层，实现对高分子材料表面层的掺杂改性。所述扩散过程是指：金属原子和离子借助热激发越过势垒，在高分子材料中进行迁移。所述离子注入过程是指：带有能量的高速金属离子射入到高分子材料，随着入射深度增加，金属离子的能量慢慢耗散，最终停止在某个位置。由于金属导热性远远优于高分子，高分子材料表面层存在的这些高浓度的金属离子和原子，可提高高分子材料表面的导热性能。
[0010]在本专利技术中，有机高分子材料是现有的一切有机高分子材料，对高分子材料无特殊要求。
[0011]优选地，所述有机高分子材料选自聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚碳酸酯、环氧树脂、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯或聚四氟乙烯中的一种或组合。
[0012]在本专利技术中，固态金属种类可以是一切金属元素。
[0013]优选地，固态金属为导热性较好的金属，更优选固态金属为导热系数≥100W/(m
·
K)的金属；最优选自Au、Ag、Cu或Al中的一种或组合。
[0014]在本专利技术中，固态金属可以为任意形状，如块体、片材、薄膜等。在本专利技术中，产生所述等离子体的等离子体发生器为现有常用的产生等离子体的等离子体发生装置即可，也可以是任意包含等离子体发生器的装置，包括但不限于等离子体表面清洗机、等离子体刻蚀机、等离子体掺杂机、等离子体注入机、磁控溅射、等离子体灭菌器、等离子体质谱仪、ICP原子发射光谱仪等。
[0015]优选产生所述等离子体的等离子体发生器功率为1
‑
1500W，优选为100
‑
1000W。
[0016]单位时间内，等离子体发生器功率越大，腔体内产生的等离子体浓度就越高，进而产生的游离金属原子和离子越多，进入并停留在高分子材料表面层的金属也就越多，对高分子材料表面层导热系数的提高越多。但是等离子体发生器的功率也不宜过大，否则将会对高分子材料表面造成不可容忍的损伤。
[0017]优选地，
[0018]所述等离子体的产生方法包括直流法和交流法；
[0019]所述直流法包括但不限于直流辉光放电、空心阴极放电、直流脉冲放电、电弧放电或磁控管放电；
[0020]交流法包括但不限于电容耦合放电、电感耦合放电、介质阻挡放电、微波放电或表面波放电。
[0021]优选地，
[0022]所述等离子体的处理时间为1s
‑
10min，优选为1
‑
5min。
[0023]更优选地，
[0024]等离子体发生器功率为1000W
‑
1500W时，处理1s
‑
3min，等离子体发生器功率为1
‑
1000W时，处理1min
‑
5min。
[0025]固定功率下，等离子体处理时间越长，产生的游离金属原子和离子越多，进入并停留在高分子材料表面层的金属也就越多，对高分子材料表面导热性的提高越多。但是，等离
子体处理时长也不宜过大，否则同样会对高分子材料表面造成不可容忍的损伤。
[0026]优选地，
[0027]所述等离子体采用的工作气体包括但不限于氢气、氦气、氩气、氧气或氮气中的一种或组合。
[0028]优选地，
[0029]等离子体处理时的真空度稳定在10
‑7‑
10Pa，优选为10
‑5‑
1Pa。
[0030]本专利技术的目的之二是提供本专利技术的目的之一所述的提高有机高分子材料表面导热性的方法制备的有机高分子材料。
[0031]在本专利技术中，有机高分子材料的形状无特殊要求，可以为片状、块状或薄膜等。
[0032]本专利技术的目的之三是提供本专利技术的目的之二所述的有机高分子材料在表面导热的材料或器件中的应用，特别是在仅需要表面导热的材料或器件及导热高分子薄膜中的应用。如OLED屏、印刷电路板、散热器、换热器等。
[0033]本说明书所用的所有技术和科学术语都具有本领域技术人员常规理解的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高有机高分子材料表面导热性的方法，其特征在于，所述方法将有机高分子材料和固态金属同时置于等离子体中处理，提高有机高分子材料表面的导热性。2.根据权利要求1所述的提高有机高分子材料表面导热性的方法，其特征在于，所述有机高分子材料选自聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚碳酸酯、环氧树脂、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯或聚四氟乙烯中的一种或组合。3.根据权利要求1所述的提高有机高分子材料表面导热性的方法，其特征在于，所述固态金属为导热系数≥100W/(m
·
K)的金属；优选自Au、Ag、Cu或Al中的一种或组合。4.根据权利要求1所述的提高有机高分子材料表面导热性的方法，其特征在于，产生所述等离子体的等离子体发生器功率为1
‑
1500W，优选为100
‑
1000W。5.根据权利要求1所述的提高有机高分子材料表面导热性的方法，其特征在于，所述等离子体的产生方法包括直流法和交流法；优选所述直流法包括直流辉光放电、空心阴极放电...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯瑞祥，张垚，唐毓婧，郭子芳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：