[发明专利]一种含石墨烯的导热凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含石墨烯的导热凝胶及其制备方法和应用，属于新材料及其应用技术领域。本发明利用简单的工艺，以石墨烯和常规填料配合使用作为导热填料，以硅油作为基体，制备出了石墨烯复合导热凝胶材料。复合材料中石墨烯和常规填料均匀分散，充分发挥了石墨烯自身高导热性和常规填料可实现大量填充的特点，制备的导热复合材料导热率可达8W/mK。此种石墨烯复合导热凝胶制备工艺简单，可大规模工业化生产，可作为新型高效导热界面材料应用于电子设备散热。

技术领域

本发明涉及新材料及其应用技术领域，具体涉及一种含石墨烯的导热凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的发展，电子元器件的微型化及多功能化对器件的散热性提出了更高的要求。器件的散热问题已成为迅速发展的电信产业面临的技术“瓶颈”。

在器件散热的过程中，热量需要从器件内部经过器件封装材料和散热器界面再经散热器传递到外部环境。热阻分析表明，器件与散热器之间的界面热阻较大。究其原因是固体表面在微观尺度上粗糙不平，即使两固体表面在接触压力高达10MPa的情况下，其实际接触面积仅占表观接触面积的1～2％，其余部分则为充满空气的微小孔隙。因此，如何降低电子元器件与散热装置之间的界面热阻是提高电子元件散热效率的关键之一。为了减小界面热阻，人们开发了导热界面材料。将界面导热材料填充于接触面之间，可以去除接触界面孔隙内的空气，在整个接触界面上形成连续的导热通道，提高电子元器件的散热效率。

导热凝胶是一种新型的导热界面材料，它结合了导热硅胶垫和导热膏的优点：即能像导热垫一样保持固定形态而不像导热膏一样易从界面流出；又能像导热膏一样可任意变换形状而不像导热垫一样产生应力。常规的导热凝胶材料一般是将导热颗粒直接混合在硅油等有机高分子材料中制得的复合材料。大量导热填料的加入不仅增加了导热凝胶的成本和重量，而且会使材料的界面浸润性下降、粘度增加、硬度增大，但导热性能却很难得到明显提升。

研究表明，石墨烯具有优异的导热性能，其导热系数高达5300W m^-1K^-1，远高于碳纳米管和金刚石。此外石墨烯是由单层碳原子构成的蜂窝状完美晶格，具有很高的结构稳定性和化学稳定性。因此石墨烯作为一种新型高效的导热填料具有很大的应用潜力。但是由于石墨烯材料径厚比大，易团聚，作为纳米材料利用机械搅拌等常规方法分散困难；同时单独作为导热填料使用，为满足凝胶材料硬度、粘度等要求，添加量受到限制，生产成本也很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含石墨烯的导热凝胶的制备方法及其应用，通过将石墨烯与传统导热填料配合使用，利用球磨法或机械研磨法等工艺，制备了含石墨烯的导热凝胶。该工艺克服了利用机械搅拌等常规工艺在制备过程中由于石墨烯材料径厚比大，易团聚，作为纳米材料分散困难的问题。同时，利用石墨烯与常规导热填料配合使用，即可显著提升导热凝胶的导热性能，也可克服石墨烯单独使用添加量受限、成本高等问题。

本发明的技术方案是：

一种含石墨烯的导热凝胶，该导热凝胶是由复合导热填料和硅油基体组成，复合导热填料与导热凝胶的重量比例为(35-85)：100；所述复合导热填料是由石墨烯和常规导热填料组成，石墨烯和常规导热填料均匀分散于硅油基体中；石墨烯在导热凝胶中所占重量百分比为0.5～20％。

所述石墨烯为插层法制备的石墨烯、氧化石墨烯、电解法制备的石墨烯、氧化石墨烯以及化学气相沉积法制备的石墨烯中的一种或几种。

所述常规导热填料的粒径范围为500～100μm(常规导热填料形态优选球形)；常规导热填料为氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼以及碳化硅中的一种或几种混合。

所述常规导热填料为同一种填料但采用多种粒径范围的组合方式；或者常规导热填料为同种粒径范围但选自不同种类的多种填料的组合方式。

所述硅油基体为二甲基硅油、乙烯基硅油、甲基苯基硅油和甲基氯代苯基硅油中的一种或几种的混合物。