一种碳纤维材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：S1、将碳纤维基体浸入PMMA溶液中，超声，固液分离，收集固相部分得复合材料；S2、将所述复合材料分散于水中，用氨水调节pH值至8～9，置于65℃～75℃中保温处理0.5h～2h；在超声条件下，加入镍盐溶液，滴加强碱性溶液，得混合体系；S3、将所述混合体系于180℃～240℃下保温处理，得所述碳纤维材料。本发明专利技术方案的碳纤维材料具有较高的导热系数，在热界面材料制备及半导体封装等领域具有良好的应用前景。领域具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及功能材料相关
，尤其是涉及一种碳纤维材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着5G通信技术的日益成熟、毫米波高数据率通信技术的推广，配套的多功能芯片、模块、微系统集成度大幅提高，集成电路上电子元器件的能量密度越来越高，局部热点的热量若来不及疏散，则会由于温度过高严重影响电子元器件的可靠性和稳定性。
[0003]碳纤维被认为是有望制备出高导热系数的热界面材料的填料之一，然而，由于碳纤维材料是各向异性材料，其轴向和径向的导热系数相差较大，轴向导热系数可达几百W/mK，而径向导热系数仅达3～5W/mK，若不能较好地实现定向排布，则不便于加工，同时，较低的径向导热系数也难以满足集成电路日益增长的散热需求。
[0004]因此，开发导热性能更佳的碳纤维材料对于集成电路、电子封装行业的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种能够制备导热性能显著提升且有效定向排列的碳纤维材料的制备方法。
[0006]本专利技术还提出上述材料的制备方法。
[0007]本专利技术还提出上述材料的应用。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提出了一种碳纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1、将碳纤维基体浸入PMMA溶液中，超声，固液分离，收集固相部分得复合材料；
[0010]S2、将所述复合材料分散于水中，用氨水调节pH值至8～9，置于65℃～75℃中保温处理0.5h～2h；在超声条件下，加入镍盐溶液，滴加强碱性溶液，得混合体系；
[0011]S3、将所述混合体系于180℃～240℃下保温处理，得所述碳纤维材料。
[0012]根据本专利技术的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：通过使碳纤维表面吸附聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚甲基丙烯酸甲酯属于带短支链的长链线型高分子化合物，非共价修饰于碳纤维表面的PMMA分子相互搭接形成特殊树枝状结构，使得碳纤维表面通过PMMA形成导热网络，从而极大程度提高了材料的导热性能；同时，PMMA具有良好的力学性能及绝缘性能，其吸附于碳纤维表面还可提高其绝缘性，使得其在电子封装技术中具有良好的应用前景；在吸附有聚甲基丙烯酸甲酯的碳纤维表面，加入氨水保温处理，氨对碳纤维和PMMA产生一定的活化和刻蚀作用，在碳纤维和PMMA表面引入含氮原子的配位体，使PMMA和碳纤维表面形成
‑
COO与
‑
CN相协同的双齿配位，通过表面吸附、配位等作用结合超声辐射使得镍盐稳定地进入到碳纤维和PMMA的网络中，并通过水热法原位生长氢氧化镍，氢氧化镍的生长大幅增加了PMMA与碳纤维间连接位点，促进了完整的导热网络的形成，得到表面负载有氢氧化镍(和氧化镍，由部分氢氧化镍分解产生)的碳纤维材料，进一步提
升了导热性能，同时，后续可在外磁场的引导下使碳纤维以相同取向排列，有效实现定向排列且导热性能好的碳纤维热界面材料。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述碳纤维基体为平均直径为5
‑
20um的碳纤维基体。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述步骤S3中保温处理的时间为12h以上。
[0015]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述步骤S3中保温处理的时间为12h～28h。
[0016]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述步骤S3中保温处理的时间为24h。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述镍盐溶液中镍盐的质量为所述复合材料质量的5～8％。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述镍盐溶液为氯化镍溶液或硝酸镍溶液中的至少一种。
[0019]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述强碱性溶液为氢氧化钾或氢氧化钠中的至少一种。
[0020]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述步骤S1中，所述PMMA溶液的溶剂为四氢呋喃、丙酮或醋酸乙酯中的至少一种。
[0021]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述步骤S1中，所述复合材料中PMMA的质量百分数为10％～20％。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，所述步骤S1和S2中超声功率在400～600W之间。
[0023]根据本专利技术的另一个方面，提出了通过上述方法制得的碳纤维材料。
[0024]根据本专利技术的再一个方面，提出了上述材料在制备热界面材料中的应用。
[0025]根据本专利技术的又一个方面，还提出了上述材料在半导体封装中的应用。
[0026]根据本专利技术的一种优选的实施方式的应用，至少具有以下有益效果：本专利技术方案的碳纤维材料具有较高的导热系数，在热界面材料制备及半导体封装等领域具有良好的应用前景。
[0027]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
具体实施方式
[0028]以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到的试剂和材料。如无特别说明，各实施例中同一参数取值相同。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下述实施例和对比例中相同原料均为同一市购来源的碳纤维，所有原料均为市购所得。
[0029]实施例1
[0030]本实施例制备了一种碳纤维材料，具体过程为：
[0031]S1、将1g碳纤维基体浸入1L PMMA丙酮溶液(PMMA的质量为碳纤维基体的20wt％)，
500W超声1h，固液分离，收集固相部分得复合材料；
[0032]S2、将复合材料分散于100mL水中，用氨水调节pH值至8.5，置于70℃中保温处理1h；在超声(500W)条件下，加入硝酸镍溶液(镍盐的质量为复合材料质量的5％)，滴加1mol/L NaOH，得混合体系；
[0033]S3、将混合体系于235℃下保温处理20h，得碳纤维材料。
[0034]实施例2
[0035]本实施例制备了一种碳纤维材料，具体过程为：
[0036]S1、将1g碳纤维基体浸入1L PMMA丙酮溶液(PMMA的质量为碳纤维基体的20wt％)，500W超声1h，固液分离，收集固相部分得复合材料；
[0037]S2、将复合材料分散于100mL水中，用氨水调节pH值至8.5，置于70℃中保温处理1h；在超声(500W)条件下，加入氯化镍溶液(镍盐的质量为复合材料质量的5％)，滴加1mol/L NaOH溶液，得混合体系；
[0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、将碳纤维基体浸入PMMA溶液中，超声，固液分离，收集固相部分得复合材料；S2、将所述复合材料分散于水中，用氨水调节pH值至8～9，置于65℃～75℃中保温处理0.5h～2h；在超声条件下，加入镍盐溶液，滴加强碱性溶液，得混合体系；S3、将所述混合体系于180℃～240℃下保温处理，得所述碳纤维材料。2.根据权利要求1所述的碳纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中保温处理的时间为12h以上。3.根据权利要求1所述的碳纤维材料的制备方法，其特征在于：所述镍盐溶液中镍盐的质量为所述复合材料质量的5～8％。4.根据权利要求1所述的碳纤维材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：周佩先，俞金国，徐方，刘芳波，
申请(专利权)人：长沙先进电子材料工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：