液态金属热界面材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于液态金属技术领域，公开了液态金属热界面材料及其制备方法。本发明专利技术的液态金属热界面材料包含：液态金属、填充于液态金属内的金属颗粒、以及位于液态金属和金属颗粒界面处的金属

【技术实现步骤摘要】
液态金属热界面材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及液态金属
，具体涉及液态金属热界面材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在摩尔定律的指导下，电子设备向着小型化和高度集成化的方向快速发展，导致元器件的功率密度急剧增大，随之产生的热量呈指数级增长，直接影响了电子设备的性能和寿命，由此导致的热失效已成为电子技术发展的瓶颈问题。电子器件与散热器之间的接触热阻是制约热量传输的主要因素，具有良好导热性和适形性的热界面材料可有效连接热源和散热器、增大散热面积、提高散热效率，是降低界面接触热阻的有效方式。
[0003]目前市场常见的热界面材料都是以热导率较低的高分子材料为基体，如导热硅脂、导热凝胶和相变材料等，其热导率在3～5W/mK，已逐渐无法满足更高性能电子设备的散热需求，现在可通过添加导热填料来强化其传热性能，但热导率提升有限(<10W/mK),无法从本质上改变其热物理性能。利用碳纳米管阵列超高的导热性制备热界面材料引起了研究者的关注，但是其复杂的制备工艺和昂贵的价格限制了它的使用，在成熟商用之前仍有很多问题需要解决。
[0004]液态金属因其制造成本较低，在相对低温的条件下，同时具备优异的流动性和金属级的导热性，成为下一代高性能热界面材料的首选。然而，液态金属的高表面张力使得其很难润湿电子器件以实现紧密的界面结合。在高温下工作时，过大的流动性还可能会导致电子设备发生短路。利用金属导热颗粒作为掺杂剂填充到液态金属基体中，可以提高其黏度，降低发生泄漏的风险，此外，这种掺杂策略还可以进一步改善液态金属的导热性能。但是液态金属与金属填料的长时间接触，会引起原位合金化反应，从而改变液态金属的成分比例，使液态金属复合材料的熔点升高并稳定性降低，这同样会使液态金属与电子器件之间的润湿不足，致使其散热性能急剧下降。因此，迫切需要开发一种低成本、高稳定性和高热导率的热界面材料。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了液态金属热界面材料及其制备方法，该液态金属热界面材料具有优异的稳定性和导热性能。
[0006]为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提供了液态金属热界面材料，包含：液态金属、填充于液态金属内的金属颗粒、以及位于液态金属和金属颗粒界面处的金属
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多酚网络涂层。
[0007]优选的，所述金属
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多酚网络涂层由金属颗粒与植物多酚、络合加强剂反应得到。
[0008]优选的，所述植物多酚包含但不限于茶多酚、儿茶素、单宁酸、没食子酸、塔拉单宁、杨梅单宁中任一种或多种。
[0009]优选的，所述金属颗粒包含铜、铁、铝、锌、金、银颗粒中任一种或多种。
[0010]优选的，所述络合加强剂包含无水柠檬酸、磷酸氢二钠、柠檬酸钠、碳酸氢钠、氢氧
化钠、碳酸钠、磷酸二氢钠中任一种或多种。
[0011]优选的，所述液态金属包含但不限于Ga、Ga
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In、Ga
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In
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Sn、Sn
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Bi、In
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Bi、Bi
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In
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Sn中任一种或多种。
[0012]优选的，所述金属颗粒与液态金属质量比为1:(0.2～10)。
[0013]优选的，所述金属颗粒的粒径范围为50μm～100μm。
[0014]本专利技术第二方面实施例提供了液态金属热界面材料的制备方法，包含：
[0015]在金属颗粒表面形成高度致密的金属
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多酚超分子网络；
[0016]将金属
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多酚超分子网络修饰的金属颗粒掺杂进液态金属中。
[0017]优选的，所述在金属颗粒表面形成高度致密的金属
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多酚超分子网络包含：
[0018]将金属颗粒与植物多酚溶液混合后加入络合加强剂，控制溶液pH为8～9，反应完全后清洗、烘干。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术通过金属填料表面形成稳定的金属
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多酚纳米涂层，在将金属颗粒掺杂进液态金属后，该有机涂层作为液态金属
‑
金属填料界面的可靠扩散屏障，可以延缓液态金属和金属颗粒之间合金化的速度，增强复合材料的稳定性。此外，金属颗粒的加入使有效热流路径增多，大幅提高了液态金属复合材料的导热性能。同时降低了液态金属的流动性，使其具有一定形变能力而无流动性，降低了发生泄漏的可能。
[0021]本专利技术使用金属
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多酚网络表面修饰技术修饰金属颗粒，此表面修饰技术绿色简单。
[0022]本专利技术所选用的原料便宜易得，制备步骤简单，制备过程迅速，且不需要严苛的制备条件。为制备高性能液态金属导热复合材料提供了一种简便易行的方法，为高性能热管理系统提供了一条全新的思路。
附图说明
[0023]图1为实施例2中对照组和试验组在不同剪切速率下的粘度测试结果；
[0024]图2为实施例3中不同体积分数液态金属复合材料在不同剪切应力下的流变行为试验结果；
[0025]图3为实施例4中不同体积分数液态金属复合材料的导热系数测试结果；
[0026]图4为实施例5中液态金属复合材料稳定性的测试结果；
[0027]图5为实施例6中试验组和对照组用于电子设备散热的实际试验结果。
具体实施方式
[0028]为了进一步了解本专利技术，下面结合具体实施例对本专利技术方法和效果做进一步详细的说明。有必要在此指出的是本实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本专利技术的内容作出一些非本质的改进和调整。
[0029]本专利技术第一方面实施例提供了液态金属热界面材料，包含：液态金属、填充于液态金属内的金属颗粒、以及位于液态金属和金属颗粒界面处的金属
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多酚网络涂层。
[0030]本实施例中液态金属相当于基体材料，金属颗粒相当于基体内的填料，金属
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多酚
网络涂层位于液态金属和金属颗粒界面处，相当于使用金属
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多酚网络涂层修饰金属颗粒。以金属
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多酚网络修饰的金属颗粒作为液态金属基体内的填料，相较于未修饰的金属颗粒，多酚有机层作为液态金属和金属颗粒之间的扩散屏障，使制备得到的金属
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多酚网络修饰金属颗粒/液态金属复合材料具备更优异的稳定性。
[0031]本专利技术实施例还可以通过改变金属颗粒的体积分数调节液态金属复合材料的流变行为和热导率，使所制备的液态金属热界面材料在实际应用时更加灵活与方便。作为一些优选实施方式，对于金属颗粒体积分数，在0～60％内均可进行调节。
[0032]在一些优选实施方式中，所述金属
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多酚网络涂层由金属颗粒与植物多酚、络合加强剂反应得到。其中，所述植物多酚属于小分子物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.液态金属热界面材料，其特征在于，包含：液态金属、填充于液态金属内的金属颗粒、以及位于液态金属和金属颗粒界面处的金属
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多酚网络涂层。2.如权利要求1所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述金属
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多酚网络涂层由金属颗粒与植物多酚、络合加强剂反应得到。3.如权利要求2所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述植物多酚包含但不限于茶多酚、儿茶素、单宁酸、没食子酸、塔拉单宁、杨梅单宁中任一种或多种。4.如权利要求1所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述金属颗粒包含铜、铁、铝、锌、金、银颗粒中任一种或多种。5.如权利要求2所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述络合加强剂包含无水柠檬酸、磷酸氢二钠、柠檬酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钠、磷酸二氢钠中任一种或多种。6.如权利要求1所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述液态金属包含但不限于Ga、Ga
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In、Ga
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I...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓玲，张钞军，郭俊凌，何云翔，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：