[发明专利]一种改性石墨烯导热硅脂的制备方法

说明书

本发明涉及一种导热硅脂，尤其涉及一种改性石墨烯导热硅脂及其制备方法。本发明采用液相超声剥离法制备的石墨烯为原料，通过羟基化处理，使得石墨烯边缘连接上一定数量的羟基，之后再以改性石墨烯为导热填料加入到导热硅脂中，最终制得改性石墨烯导热硅脂。通过对石墨烯进行改性，提高了石墨烯在导热硅脂中的分散性，同时还提高了石墨烯与导热硅脂的相容性。本发明制得的改性石墨烯导热硅脂，其稳定性、使用寿命以及导热性能均得到显著提升。

技术领域

本发明涉及一种导热硅脂，尤其涉及一种改性石墨烯导热硅脂及其制备方法。

背景技术

导热硅脂(又称散热膏)是一种膏状的热界面导热材料，可用于发热或散热元件的散热，具有良好的导热性能，常应用于电子产品等领域。其主要特点是：既可应用于快速释放电子产品使用时产生的热量，也可应用于航空航天、电子电气等领域中需要散热、传热或绝缘等部位；能及时排除电子设备使用过程中产生的大量热量，在电子产品的密集化、小型化、可靠性、精密度及使用寿命等方面具有重要作用。导热硅脂具有良好的流动性，能填充上述空隙，从而保证了电子元件和散热片之间的紧密接触，并增加了接触面积、提高了传热效率，进而能最大程度地将发热元件工作时所产生的热量迅速而均匀地传至散热片，使散热效果达到最佳。因此，导热硅脂性能的好坏对电子元件的散热性能影响极大，本领域技术人员也一直致力于研究导热性能更好的导热硅脂，以便提高产品的导热散热性能。

石墨烯是由单层碳原子以sp²杂化形成的六元环平面结构，是一种理想化的二维平面材料。由于其特殊的二维晶体结构，有着很好的机械强度、电子迁移率、高比表面积等特点。同时也有着很高的理论热导率，超过5300W/m·K，远远高于石墨、碳纳米管等其他碳材料的热导率，是已知热导率最高的材料。由于石墨烯在片层平面内是各项同性的，在平面内的热传导不会存在方向性。因此将石墨烯用于导热领域，开发新型的导热薄膜是非常有必要，也是最有可能实现的。

W.Yu等人分别研究了以石墨烯微片、氧化还原石墨烯和石墨烯微片/不同粒度的氧化铝为导热填料制备的高导热硅脂，发现石墨烯微片能够极大地增加基础脂的导热性能。由于氧化还原石墨烯多孔结构对硅脂的黏度影响较大，仅能在较低浓度下增加硅脂的导热性能；相比于单一的石墨烯微片填料和氧化铝填料，石墨烯微片/氧化铝复合填料具有协同导热效应，能够提高硅脂的导热性能(参见“YU W，XIE H，YIN L，et al.Exceptionallyhigh thermal conductivity of thermal grease：Synergistic effects of grapheneand alumina[J].Int J Therm Sci，2015，91：76-82.”以及“YU W，XIE H，CHEN L，etal.Graphene based silicone thermal greases[J].Phys Lett A，2014，378(3)：207-211.”)。K.M.Shahil等人将多层石墨烯作为导热填料加入到一种热导率5.8W/(m·K)的导热硅脂中，少量添加就能极大提高基础脂导热性能，添加后的热导率最大可达14W/(m·K)(参见“SHAHIL K M，BALANDIN A A.Graphene-multilayer graphene nanocomposites ashighly efficient thermal interface materials[J].Nano Lett，2012，12(2)：861-867.”)。在公布号为CN102634212A的专利文献中公开了一种导热硅脂组合物，该导热硅脂组合物主要由碳纳米管、石墨烯、相变胶囊颗粒物和硅油等组成。利用碳纳米管能进一步加速热量的传导，而相变胶囊颗粒物用于提高热端的初始温度吸收速率，最终在流体内部形成了由颗粒(相变胶囊)+线(碳纳米管)+平面(石墨烯)等组成的全三维网络分布的组合物。这种导热硅脂组合物具有热导率高、热阻值低等特征，从而明显提高了导热硅脂的散热效率和使用寿命，具有良好的实用价值。