[发明专利]一种高导热泡棉类热界面材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高导热泡棉类热界面材料及其制备方法，属于石墨烯以及电子工业技术领域。 

背景技术

热传导一直是电子工业中的一项重要工艺，元器件的工作温度常常是可靠性的重要依据。因此解决元器件的热传导问题将是工程师面临的重要技术问题，元器件的散热问题解决不好，产品的可靠性无从谈起，特别凭借电子技术以及材料科技的发展的今天，元器件得以快速地向小型化、高功能与高效率发展，高性能的元器件在高速度运行下会产生大量的热，这些热量必须立即去除以保证元器件能在正常工作温度下以最高效率运行，因此热传导相关技术随着电子工业的发展不断地受到挑战，这其中对于存在于热传导接口间问题的掌握，以及对各种热传导材料的选择便成为解决热传导问题的重要环节。而现在的热界面材料主要包括环氧化物、相变材料（PCM）、膏和凝胶、软性硅胶导热绝缘垫和导热石墨片等，但上述材料或多或少的存在成本较高、成型难且导热效率不高的缺点。

石墨烯自2004年被发现以来就作为一种新型碳材料而备受关注。它是一种完全由sp²杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，具有高透光性和导电性、导热性、高比表面积、高强度及柔韧性等优异的性能，有望在高性能纳电子器件、光电器件、气体传感器、复合材料、场发射材料及能量存储等领域获得广泛应用；由于石墨烯泡沫骨架本身具有优异的导热能力，其热导率高达5000 W/（m.K），是铜的10倍，此外石墨烯还具有高达2600 m²/g的超高比表面积和100倍于钢的超高强度，且具有很好的柔韧性和伸展性。因此，理论上石墨烯是一种理想的轻质、高效热管理材料。

随着对石墨烯研究，出现了利用石墨烯混合发泡材料进行发泡而制成的高导热泡棉类热界面材料，但是在石墨烯和发泡材质直接混合状态下发泡会影响内部泡孔结构，具有控制难度大、生产成本高、成型难缺点，还容易造成发泡率低、泡孔不需均匀，从而影响其导热性能。 

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种利用泡棉填充石墨烯工艺生产高导热泡棉类热界面材料，适用于高导热泡棉类热界面材料的高效、大量、低成本的制备，且制的产品具有导热率高的优点。

本发明的一种高导热泡棉类热界面材料，包括泡棉和填充在泡棉孔隙内的石墨烯。

进一步的，在所述热界面材料中石墨烯的质量分数为10%-90%。

所述泡棉的材质为聚醚类、聚氨酯、聚乙烯、橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、酚醛树脂、泡沫金属中的一种。

进一步的，所述泡棉的厚度为0.5mm-100mm。

所述高导热泡棉类热界面材料的导热系数为6.0 W/(m.k)-12W/(m.k)

本发明的一种高导热泡棉类热界面材料的制备方法，包括如下步骤：首先将石墨烯粉末或浆料均匀的分散在分散液中制备石墨烯分散液；再将所得石墨烯分散液均匀填充在泡棉的孔隙中；最后去除泡棉中的液态组分制得高导热泡棉类热界面材料。

进一步的，所述分散液为水、醇类、酮类、醛类、有机酸、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯苯或二氯苯、瓜尔胶及其衍生物的水分散液、聚乙烯吡咯烷酮的水分散液、聚丙烯酰胺的水分散液、聚乙烯醇的水分散液、聚乙二醇的水分散液、天然高分子糖类及其衍生物的水分散液中的一种或多种。

所述瓜尔胶及其衍生物的水分散液、聚乙烯吡咯烷酮的水分散液、聚丙烯酰胺的水分散液、聚乙烯醇的水分散液、聚乙二醇的水分散液、天然高分子糖类及其衍生物的水分散液中，高分子的质量分数为0.01%-20%。

本发明的一种高导热泡棉类热界面材料的制备方法，所述石墨烯分散液的制备步骤中还加入表面活性剂。

进一步的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基溴化铵、聚氧乙烯月桂醚类、吐温类、曲拉通类中的一种或多种。

进一步的，所述表面活性剂在分散液中的质量分数为0.1%-5%。

本发明的一种高导热泡棉类热界面材料的制备方法，所述石墨烯分散液中石墨烯的质量分数为0.1%-10%。

本发明的一种高导热泡棉类热界面材料的制备方法，所述泡棉的材质为聚醚类、聚氨酯、聚乙烯、橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、酚醛树脂、泡沫金属中的一种。

进一步的，所述泡棉的厚度为0.5mm-100mm。

采用本方法制的高导热泡棉类热界面材料，其导热系数为6.0 W/(m.k)-12W/(m.k)。