[发明专利]一种导热陶瓷纳米线/环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种导热陶瓷纳米线/环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

现代电子产品的智能化、小型化、集成化，体现了电子封装技术的进步。但是这种越来越薄，越来越小的电子产品，在如何有效散热，保证这些电子设备的性能、寿命、产品可靠性上存在难题。而且集成度如此高的电子器件在运行时，有相当一部分的电能以热量的形式散出，热量在密闭空间里的不断累积，无法及时排出，给电子器件的寿命、性能带来影响的同时，也可能引起整个电子器件起火，甚至爆炸。因此电子器件内热量的及时排出和耗散对半导体电子封装行业发展具有重要意义。

传统的聚合物材料的导热性差，比如环氧树脂，其导热系数一般在0.1-0.5W/m·K。从近期的研究进展可以看出，添加高导热且电绝缘的陶瓷类导热填料提高复合材料的导热系数正成为研究的热点。

宽带隙半导体碳化硅具有高热导率、耐高温、抗氧化等特点，正成为导热填料的热点，为未来制备具有高导热和优良电绝缘性能聚合物复合材料提供良好的前景。

顾军渭等人采用浇铸成型法制备碳化硅/环氧树脂(SiC/EP)导热复合材料，研究了SiC种类、粒径、用量和表面改性方法对SiC/EP复合材料的导热性能、力学性能和热性能等影响。结果表明：SiC/EP复合材料的导热系数随纳米级SiC用量增加而增大，当φ(纳米级SiC)＝17.80％时，导热系数为0.9546W/(m·K)；SiC/EP复合材料的弯曲强度和冲击强度随纳米级SiC用量增加均呈先升后降态势，当φ(纳米级SiC)＝3.50％时，两者均达到最大值。SiC经表面改性后可有效提高复合材料的导热性能和力学性能，并且改性SiC的加入可有效降低EP的玻璃化转变温度(碳化硅/环氧树脂导热复合材料的制备与性能，顾军渭，中国胶粘剂，2010年12月第19卷第12期，第18-22页)。但是，该导热复合材料的最大导热系数仅为0.9546W/(m·K)，其性能还有待于进一步提高。

CN 101792120A公开了一种基于环氧树脂拉膜分散纳米线的方法，按如下步骤操作：a、预处理将纳米线分散在四氢呋喃溶液中，再将硅偶联剂注入到含有纳米线的四氢呋喃溶液中，搅拌均匀得偶联剂处理液；b、配制树脂溶液向所述偶联剂处理液中注入环氧树脂，搅拌使其溶解；再注入聚酰胺树脂，再次搅拌使其溶解为纳米线悬浮液；将所述纳米线悬浮液以25-35℃进行水浴，使树脂固化为固化粘度达到12-25Pa·s；c、提拉成膜将所述步骤b中经水浴处理的纳米线悬浮液用模具提拉成膜，并将所述树脂膜转移到硅片或玻璃片基体上，实现对纳米线的分散。但是，该发明使用了无色易挥发、有毒、易燃易爆的四氢呋喃溶液，不仅对人体和环境带来危害，而且实验成本比本技术的高(预处理过程使用醇水体系加入偶联剂)；对纳米线的分散方法复杂，制得的复合材料的导热系数较低。

CN101798443A公开了一种纳米二氧化铈/环氧树脂复合材料的制备方法，具有以下的制备过程和步骤：a、纳米二氧化铈的分散处理：将纳米二氧化铈先在120℃烘箱中烘干水分，冷却后，将一定量的纳米二氧化铈与一定量的有机溶剂相混合，搅拌1-5小时，并用50-100kHz超声在40-100℃下处理1-5小时；纳米二氧化铈与有机溶剂的用量的重量体积比为1:5-1:30(g/ml)。即每1g二氧化铈需使用5-30ml的有机溶剂。b、纳米二氧化铈在环氧树脂中的分散处理：将一定量的环氧树脂在真空下80-120℃加热4-8小时前处理，然后加入处理后的纳米二氧化铈，搅拌2-6小时，再用50-150kHz超声在40-100℃处理1-5小时；环氧树脂与纳米二氧化铈两者用量的重量比，即环氧树脂:纳米二氧化铈＝20:1-100:1；将上述混合物放入真空烘箱中，在50-120℃下处理10-24h，以除去溶剂。c、纳米复合材料固化：然后在上述混合物中加入一定量的固化剂；固化剂的用量以环氧树脂的用量为计量基准，即固化剂的用量为环氧树脂用量的10-40wt％；真空加热以除去气泡；然后在室温下固化24小时，或者在80-160℃分段升温加热固化。固化时间各为2-3小时；最终得到纳米二氧化铈/环氧树脂复合材料。所述纳米二氧化铈为纳米棒、纳米线、纳米片、纳米球、纳米立方体各种形貌中的任意一种。但是，二氧化铈为有毒的、强氧化性的化合物，对人体和环境都造成危害。制备二氧化铈/环氧树脂复合材料的实验周期长，操作过程复杂，而且在环氧树脂基体中，均匀分散的二氧化铈纳米片，纳米球，纳米立方体不利于导热网络的构建，导致复合材料的导热性差。