一種石墨烯導(dǎo)熱硅脂及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯導(dǎo)熱硅脂及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著3D時代的到來，電子產(chǎn)品迎來薄、輕、小、智能化、信息化等應(yīng)用要求，與此相 伴的是高集成化、超速、大功率轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用越來越密集，造成電子部件的發(fā)熱量成規(guī)模化 的迅速增長，由此產(chǎn)生的結(jié)果就是電子芯片的溫度或結(jié)溫迅速升高，熱量的傳導(dǎo)效果直接 影響到電子產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性、使用的安全性。如何將電子元器件產(chǎn)生的多余熱量快速傳 導(dǎo)并擴散到周圍環(huán)境或冷卻系統(tǒng)中，是絕大部分電子產(chǎn)品發(fā)展應(yīng)用的瓶頸之一。
[0003] 導(dǎo)熱硅脂是一種非常受歡迎的熱界面材料，其具有熱阻低、易填隙，用量少，導(dǎo)熱 性能優(yōu)越的特性，廣泛應(yīng)用與CPU、GPU、NB、LED、IXD、高速存儲硬盤、網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域。但 到目前為止，導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)很難突破5W/mK，使得其在大功率電子產(chǎn)品的應(yīng)用受到限 制。
[0004] 純石墨烯是一種僅一個原子厚度的二維結(jié)晶體，厚度約為0. 35nm左右，與三維材 料不同，其低維結(jié)構(gòu)可顯著削減晶界處聲子的邊界散熱，并賦予其特殊的聲子擴散模式。具 有超薄、超堅固、超強的導(dǎo)電性能及超高的導(dǎo)熱性能等特性，還兼有優(yōu)異的力學(xué)性能。有研 究表明，石墨烯的導(dǎo)熱性能優(yōu)于碳納米管。普通的碳納米管其導(dǎo)熱系數(shù)約為3000W/mK，而單 層石墨烯的橫向?qū)嵯禂?shù)可達5300W/mK左右。而常用的導(dǎo)熱金屬如銀、銅、金、鋁等，其導(dǎo) 熱系數(shù)也遠不如石墨烯，分別為429W/mK、401W/mK、317W/mK及237W/mK。優(yōu)異的導(dǎo)熱和力學(xué) 性能使石墨烯在熱管理領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿?，但這些性能都是基于微觀的納米尺度，要形成 宏觀的應(yīng)用還有較大的困難。因此，將微觀的石墨烯組裝形成宏觀的材料，同時保持或基本 保持其納米效應(yīng)將是石墨烯規(guī)?；瘧?yīng)用于熱管理領(lǐng)域的重要途徑。
[0005] 如申請?zhí)枮?01210119361. 9的專利文獻，公開了一種導(dǎo)熱硅脂組合物，其組成成 分及其體積百分比為：添加物50%~70%硅油30%~50%;所述添加物的組成成分為 碳納米管、石墨烯和顆粒物，：所述的添加物中各成分的質(zhì)量比為：碳納米管5%~15% 石墨烯50%~65%顆粒物20%~45%。該組合物具有高導(dǎo)熱率和低熱阻值，大大提高 了導(dǎo)熱硅脂的散熱效率和使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，提供一種配方合理、操作簡單的高導(dǎo)熱性能石墨烯導(dǎo)熱硅脂 及其制備方法。
[0007] 為此，本發(fā)明提供了一種石墨烯導(dǎo)熱硅脂，該石墨烯導(dǎo)熱硅脂包括如下重量百分 比的原料制備而成： 有機聚硅氧烷（A) 5~60wt% 導(dǎo)熱填料（B) 10~90wt% 石墨稀衆(zhòng)料（C) 5~80wt% 表面處理劑（D) 0. 01~50wt% 觸變劑（E) 0. 01~lwt%〇
[0008] 其中： 有機聚硅氧烷，由如下通式所代表的化合物組成=R1(SiR12O)aSiR 10w(OR2)b，其中，a代 表5~100的整字，b代表1~3的整數(shù)，R1代表單價烴基，R 2代表烷基、烷氧基烷基、?；?、烯 基等集團，在25°C時運動粘度一般為10~10, OOOmmVs ; 導(dǎo)熱填料是金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、碳化硅、石墨、碳納米管中的一種或兩種或 多種材料的混合物，且平均粒徑為0. 1~100 μπι ; 石墨烯漿料由如下組分制備而成： 有機聚硅氧烷（A) l~80wt% 石墨稀粉體（F) l~50wt% 表面處理劑（D) 0. 01~50wt% 溶劑（G) 10~90wt%。
[0009] 其中： 上述的石墨稀粉體是還原石墨稀、氧化石墨稀、石墨稀微片中的一種或兩種或三種的 混合物，平均粒徑為〇. 〇5~50 μ m ; 溶劑是無水乙醇、異丙醇、異丁醇，或它們的混合物； 表面處理劑是烷氧基硅烷或^甲基聚硅氧烷或烷氧基硅烷和^甲基聚硅氧烷的混合 物； 上述的烷氧基硅烷，是由如下通式所代表的化合物組成：R3J4dSi (OR5)4。d，其中R3表示 一個含有6~18個碳原子的烷基基團，R4代表一個含有1~6個碳原子的單價烷基基團，R 5代 表一個含有1~6個碳原子的烷基基團，c代表1~3的整數(shù)，d代表0~2的整數(shù)，c+d < 3。
[0010] 進一步的，上述的化合物是 C10H21Si (OCH3) 3、C12H25Si (OCH3) 3、C12H25Si (OC2H5) 3、 C10H21Si (CH=CH2) (OCH3) ^ C10H21Si (CH2CH2CF3) (OCH3) ^ CH3 (Si (CH3) 20) 10Si (OCH3) 3^ CH3 (Si (CH3)20) 15Si (OCH3) 3、CH3 (Si (CH3) 20) 30Si (0 CH3) 3、CH3 (Si (CH3) 20) 30Si (0 C2H5) 3, It匕組分可以是單 一化合物，也可以是兩種或多種不同化合物的混合物。
[0011] 上述的二甲基聚硅氧烷，是由如下通式所代表的聚合物組成：CH3(Si(CH 3)2O) (OR6)3，其中R6表示1~6個碳原子的烷基，e代表5~110的整數(shù)。
[0012] 進一步的，上述的聚合物 CH3 (Si (CH3) 20) 10Si (OCH3) 3、CH3 (Si (CH3) 20) 15Si (OCH3) 3、CH3 (Si (CH3) 20) 30Si (OCH3) 3、CH3 (Si (CH3) 20) 30Si (OC2H5) 3, It匕組分可以是單一化合物，也可以是 兩種或多種不同化合物的混合物。
[0013] 本發(fā)明提供了石墨烯漿料的制備方法，包括如下步驟： (1) 將組分D分散于組分G中，然后加入組分F ; (2) 在行星式攪拌器或球磨儀中攪拌l~3h，然后將混合懸浮液于噴霧干燥器或真空干 燥器中干燥； (3) 在處理所得后的石墨烯粉體中再加入組分A，于行星式攪拌器或球磨儀中混合均 勾，混合時間2~4h即得。
[0014] 觸變劑是白炭黑； 此外，本發(fā)明還提供了石墨烯導(dǎo)熱硅脂的制備方法，包括如下步驟： (1) 將組分A~E按比例稱量好，加入行星式攪拌器或球磨儀中混合； (2) 將所得混合物于80°C、真空（-0.1 MPa)下混合l~3h，冷卻到室溫即得。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述石墨烯導(dǎo)熱硅脂的有益效果是： (1) 具有高導(dǎo)熱率及優(yōu)異的流動性，使得石墨烯導(dǎo)熱硅脂具有良好的施工方便性能； (2) 能充分的契合發(fā)熱器和散熱器表面的凹坑，從而使得界面熱阻降低，提高了發(fā)熱器 的熱量傳導(dǎo)，使發(fā)熱器件的使用壽命延長。
【具體實施方式】
[0016] 以下用一系列實施例和對比例對本發(fā)明進行更為詳細的描述。
[0017] 通過下述的組分和方法可制備出本發(fā)明的石墨烯導(dǎo)熱硅脂： 一種石墨烯導(dǎo)熱硅脂由有機聚硅氧烷（A)、導(dǎo)熱填料（B)、石墨烯漿料（C)、表面處理劑 (D)以及觸變劑（E)按一定的重量百分比比例混合制備而成。
[0018] 石墨烯導(dǎo)熱硅脂由以下原料制備而成： 有機聚硅氧烷（A) 5~60wt% 導(dǎo)熱填料（B) 10~90wt% 石墨稀衆(zhòng)料（C) 5~80wt% 表面處理劑（D) 0. 01~50wt% 觸變劑（E) 0. 01~lwt% 其中石墨烯漿料（C)由以下原料制備而成： 有機聚硅氧烷（A) l~80wt% 石墨稀粉體（F) l~50wt% 表面處理劑（D) 0. 01~50wt% 溶劑（G) 10~90wt% 組分A通式為R1 (SiR12O)aSiR10w (OR2)b,其中，a代表5~100的整字，b代表1~3的整 數(shù)，R1代表單價烴基，R2代表烷基、烷氧基烷基、酰基、烯基等集團，在25°C時運動粘度一般 為10~10,000mm2/s。組分A可以是一種化合物，也可以是兩種或多種不同的化合物的混合 物。
[0019] 組分A通式中，Rl可以是直鏈烷基、支鏈烷基、環(huán)烷基、烯基、芳香族基團和鹵代燒 基。直鏈烷基可以是甲基、乙基、丙基、己基、辛基、壬基、癸基或十二烷基等長鏈烷基。支鏈 烷基可以是異丙基、異丁基、叔丁基等異構(gòu)烷基。環(huán)烷基可以是環(huán)戊基、環(huán)己基。烯基可以 是乙烯基、烯丙基。芳香族基團可以是苯基、甲苯基、2-苯基乙基。鹵代烷基可以是氯乙基、 氟乙基。優(yōu)選Rl是甲基、苯基或長鏈烷基。
[0020] R2可以是直鏈烷基、支鏈烷基和環(huán)烷基，也可以是甲氧基乙基或甲氧基丙基，或者 是乙烯基、烯丙基，酰基可以是乙?；?。優(yōu)選R2是甲基或乙基。
[0021] 組分A的粘度優(yōu)選為50~2, 000 mm2/s。
[0022] 組分A優(yōu)選的具體實例包括聚二甲基硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷、或者是聚二甲 基硅氧烷與甲基苯基聚硅氧烷的共聚物，也可以是不同粘度的聚二甲基硅氧烷的混合物。
[0023] 組分B是本發(fā)明中起導(dǎo)熱作用的化合物，可以是一種，也可以是兩種或多種化合 物的混合物。
[0024] 組分B的平均粒徑為0. 1~100 μ m，優(yōu)選為1~50 μ m?？梢允且环N粒徑的化合物，也 可以是兩種或多種粒徑的化合物的混合物。
[0025] 組分B的形貌可以是球形、類球形、棒形、晶須、針形以及不規(guī)則的形狀。
[0026] 組分B可以是金、銀、鋁、銅等金屬粉體，氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂等金屬氧化鋁粉 體，氮化鋁、氮化硼等金屬氮化物，碳化硅、石墨、碳納米管等粉體，或以上兩種或多種材料 的混合物。
[0027] 組分C是石墨烯漿料，添加到導(dǎo)熱硅脂中增加導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱性能。其組分包括 組分A、組分F、組分D以及可能殘留的組分G，其中其導(dǎo)熱作用的是石墨烯粉體F。將組分F 制備漿料的形式，一是為了對組分F進行表面處理，使其表面具有潤濕性，與組分A相容性 增強；二是增加組分F在組分A中的分散均勻性，從而提高組分F在石墨烯導(dǎo)熱硅脂中的均 勾分散度。
[0028] 組分D在本發(fā)明中，主要起表面處理劑的作用，目的是對組分B和組分C進行疏水 性處理，提高組分B和組分C的表面潤濕性，可以使組分B和組分C在組分A中的更均勻分 散。
[0029] 組分D可以是烷氧基硅烷、二甲基聚硅氧烷。也可以是烷氧基硅烷和^甲基聚娃 氧燒的混合物。
[0030] 其中烷氧基硅烷可以用通式R3J4dSi (OR5)4U表示。其中R3表示一個含有6~18個 碳原子的烷基基團，R4代表一個含有1~6個碳原子的單價烷基基團，該基團可以是被取代的 單價烴基基團，R5代表一個含有1~6個碳原子的烷基基團，c代表1~3的整數(shù)，d代表0~2 的整數(shù)，c+d < 3。
[0031] 烷氧基硅烷化合物為 C