一种基于液态金属液柱阵列的热界面材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于液态金属液柱阵列的热界面材料及其制备方法。该热界面材料包括由液态金属形成的液柱阵列和填充于液柱阵列间隙的聚合物基热界面材料。本发明专利技术提供的热界面材料，液态金属在聚合物基体内形成阵列通道，并借助毛细力锁在聚合物基体内，既防止液态金属的泄漏，又能够形成贯穿的导热通路。本发明专利技术相较于现有技术中将聚合物基体或导热填料与液态金属混合的方法，通过对液态金属的定向取向利用，不仅避免了液态金属的漏液现象，还能够充分发挥液态金属的高导热特点，较大程度地提升了导热性，增强液态金属的利用率。增强液态金属的利用率。增强液态金属的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液态金属液柱阵列的热界面材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子元器件用非金属功能材料
，尤其涉及一种基于液态金属液柱阵列的热界面材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]热界面材料用于连接两个或多个部件，主要作用是在高温或高压条件下传递热量，并保证部件之间的紧密接触，其应用场景广泛，包括航空航天、能源、汽车、电子和医疗等领域，是一种不可缺少的热管理材料。常见的热界面材料是聚合物基热界面材料，它由聚合物基体和高导热填料复合而成。常用的基体有硅橡胶、环氧树脂、聚氨酯等；常用的高导热填料有金属、陶瓷、石墨等。
[0003]液态金属是一种新型的高性能热界面材料，以镓铟合金为代表，具有优异的热导率、低熔点、可塑性强、无毒等特点。但是由于液态金属价格昂贵、粘度低、容易腐蚀铝、铜等特定金属，因此其应用受到一定程度的限制。现有技术中，液态金属是作为辅助填料与聚合物基热界面材料相结合，将其和传统填料混合后与聚合物基体进行复合，相当于用液态金属对传统填料进行了表面改性。有研究人员使用液态金属和球形氮化硼作为填料[非专利文献1]，液态金属桥接了分布在基体中的球形氮化硼，将热界面材料的导热系数提高了227.66％，同时，力学性能也得到改善，断裂伸长率提高了81.24％。这些实验结果表明，液态金属这种柔性填料不仅可以替代刚性填料通过表面接触来减少填料之间的接触热阻，而且还可以在一定程度上提高机械性能，突破传统刚性填料的缺陷。还有研究人员直接将聚合物基体和液态金属混合作为新的基体，然后填充铜颗粒[非专利文献2]，由于液态金属和铜颗粒的协调作用，增强了填料的分散性，提高了复合材料的热导率，降低了复合材料的杨氏模量。这种热界面材料中，液态金属的体积分数为55vol％，复合材料的热导率为3.94W/(m
·
K)，杨氏模量为699kPa。上述两种方案的共同点是复合材料都需要填充大量的液态金属，前者的液态金属含量为66.7wt％，后者则高达55vol％。如此高含量的液态金属，复合材料却并没有充分表现出液态金属的高导热性，复合材料的热导率仅为纯液态金属热导率的五分之一。除了将液态金属与基体或填料直接混合以外，还有一种技术方案，是将液态金属涂敷在热界面材料的表面，用以降低热界面材料的接触热阻[非专利文献3]。但是该方案直接将液态金属和器件大面积接触，无异于直接将液态金属作为热界面材料，无法避免液态金属泄漏、腐蚀器件的问题。
[0004]非专利文献1：Li J,Ma Q,Gao S,et al.Liquid bridge:liquid metal bridging spherical BN largely enhances the thermal conductivity and mechanical properties of thermal interface materials[J].Journal of Materials Chemistry C,2022,10(17):6736
‑
6743.
[0005]非专利文献2：Zhang X D,Zhang Z T,Wang H Z,et al.Thermal Interface Materials with High Thermal Conductivity and Low Young
’
s Modulus Using aSolid
–
Liquid Metal Codoping Strategy[J].ACS Applied Materials&Interfaces,
2023.
[0006]非专利文献3：Dai W,Ren X J,Yan Q,et al.Ultralow Interfacial Thermal Resistance of Graphene Thermal Interface Materials with Surface Metal Liquefaction[J].Nano
‑
Micro Letters,2023,15(1):9.

技术实现思路

[0007]针对上述技术问题，本专利技术提供一种基于液态金属液柱阵列的热界面材料及其制备方法，将聚合物基热界面材料和液态金属结合，以聚合物基热界面材料作为骨架，在其内部形成通道，然后借助毛细力，将液态金属封锁其中，既防止液态金属的泄漏；又可以形成贯穿的导热通路，高效利用液态金属的导热性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0009]一方面，本专利技术提供一种基于液态金属液柱阵列的热界面材料，所述热界面材料包括由液态金属形成的液柱阵列和填充于所述液柱阵列间隙的聚合物基热界面材料。
[0010]作为优选地实施方式，所述液柱的直径为500～1000μm；
[0011]优选地，相邻液柱圆心的间距为1.2mm～4mm。
[0012]作为优选地实施方式，所述聚合物基热界面材料包括双端乙烯基硅油、侧链含氢硅油、双端含氢硅油、铂金催化剂、炔醇抑制剂和导热填料；
[0013]优选地，所述聚合物基热界面材料各组分的用量为：所述双端乙烯基硅油的质量份为75～80份；所述侧链含氢硅油的质量份为9～12份；所述双端含氢硅油的质量份为9～12份；所述铂金催化剂的质量份为0.1～1份；所述炔醇抑制剂的质量份为0.001～0.05份；所述导热填料的质量份为400～1400份。
[0014]作为优选地实施方式，所述导热填料选自氧化铝、铝粉、氮化铝和氧化锌中的至少一种；
[0015]优选地，所述导热填料的粒径为2～20μm；
[0016]优选地，所述导热填料按照粒径2μm：10μm：20μm的质量比为30：25：45进行复配。
[0017]作为优选地实施方式，所述液态金属为镓铟合金或镓铟锡合金。
[0018]又一方面，本专利技术提供上述基于液态金属液柱阵列的热界面材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]将聚合物基热界面材料的原料混合，加热固化形成阵列通道；将液态金属注射到阵列通道的内部。
[0020]作为优选地实施方式，所述混合的转速为800～2000rpm，所述混合的时间为1.5～3min；
[0021]优选地，所述加热固化的温度为100～150℃，所述加热固化的时间为2～3h。
[0022]在某些具体的实施方式中，所述注射采用具有相应阵列针头的注射器。
[0023]在某些具体的实施方式中，所述形成阵列通道的方法包括以下步骤：
[0024]提供一内部具有相应阵列结构的模具，将聚合物基热界面材料的原料混合后注入所述模具。
[0025]又一方面，本专利技术提供由上述热界面材料制备的导热垫片。
[0026]在本专利技术的技术方案中，所述导热垫片由上述热界面材料沿垂直于所述液柱阵列
的方向切割为薄片制备得到；所述薄片的厚度为0.5～2mm。
[0027]又一方面，本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液态金属液柱阵列的热界面材料，其特征在于，所述热界面材料包括由液态金属形成的液柱阵列和填充于所述液柱阵列间隙的聚合物基热界面材料。2.根据权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，所述液柱的直径为500～1000μm；优选地，相邻液柱圆心的间距为1.2mm～4mm。3.根据权利要求1所述的热界面材料，其特征在于，所述聚合物基热界面材料包括双端乙烯基硅油、侧链含氢硅油、双端含氢硅油、铂金催化剂、炔醇抑制剂和导热填料；优选地，所述聚合物基热界面材料各组分的用量为：所述双端乙烯基硅油的质量份为75～80份；所述侧链含氢硅油的质量份为9～12份；所述双端含氢硅油的质量份为9～12份；所述铂金催化剂的质量份为0.1～1份；所述炔醇抑制剂的质量份为0.001～0.05份；所述导热填料的质量份为400～1400份。4.根据权利要求3所述的热界面材料，其特征在于，所述导热填料选自氧化铝、铝粉、氮化铝和氧化锌中的至少一种；优选地，所述导热填料的粒径为2～20μm；优选地，所述导热填料按照粒径2μm：10μm：20μm的质量比为30：25：45进行复配。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶振强，赵浩楠，么依民，许建斌，孙蓉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：