[发明专利]聚合物基复合导热材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种聚合物基复合导热材料及其制备方法和应用。该聚合物基复合导热材料包括聚合物基体和填料，填料占聚合物基体的质量百分比为32%‑40%，填料为片状氮化硼和球形氮化硼按照质量比1：（2‑4）混合而成的混合物，球形氮化硼的粒径为50μm‑60μm，片状氮化硼的厚度为4nm‑10nm，片径为4μm‑5μm。片状氮化硼倾向于在水平方向构建导热网络的基础，提高面内热导率；球形氮化硼有利于在垂直方向上构建导热网络，提高法相热导率，并进一步增加水平方向导热网络的密度，使聚合物基复合导热材料在沿着热界面方向和垂直热界面方向都具有良好的热导率，同时聚合物基复合导热材料的机械性能依然较好。

技术领域

本发明涉及导热复合材料技术领域，特别是涉及一种聚合物基复合导热材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子电气设备向小型化，高速化，大功率方向的飞速发展，散热不及时会不可避免的引起热故障，设备性能下降以及使用寿命的折损。因此，热界面材料在电子器件的热管理中尤为重要。目前，聚合物材料由于其优异的机械性能，易加工和低成本的优点，被广泛用作热管理材料。

但聚合物材料的热导率都很低（约为0.2W·m^-1·K^-1），无法满足现代高集成度电子设备对散热的要求，向聚合物中添加导热填料，如石墨烯、碳纳米管、氧化铝或陶瓷等，是目前的常用提升聚合物热导率的手段，然而碳系材料或金属材料具有导热的性能，却无法满足热管理材料的电气绝缘需求，因此，陶瓷材料成为热管理复合材料导热填料的优选。在陶瓷材料中，氮化硼是由相同数量的氮原子和硼原子组成的，它与石墨烯具有相似的原子结构，具有良好的导热性，特别是氮化硼纳米片。

但是，在用氮化硼纳米片作为导热填料，制备导热薄膜复合材料时，参见图1，氮化硼纳米片102更倾向于在聚合物基体101中水平排列（图1中x），使薄膜更容易获得较高的面内热导率。而在大多数实际应用中，从芯片到散热器之间的热量是沿着垂直方向（图1中y）传递的，而目前的研究中，有关于薄膜法相热导率的关注较少。目前已知增加导热填料的含量能够完善沿热界面的横截面方向导热网络的构建，这虽然能够在一定程度上增强薄膜的法相热导率，但同时会牺牲薄膜的机械性能，使薄膜变脆，柔性降低。如何在降低导热复合材料的导热填料用量的同时，还提高其导热性能，一直困扰着相关研究人员。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种水平热导率和法相热导率都十分优异的聚合物基复合导热材料。

技术方案如下：

一种聚合物基复合导热材料，包括聚合物基体和填料；

所述填料占所述聚合物基体的质量百分比为32%-40%；

所述填料为片状氮化硼和球形氮化硼按照质量比1：（2-4）混合而成的混合物；

所述球形氮化硼的粒径为50μm-60μm；

所述片状氮化硼的厚度为4nm-10nm，片径为4μm-5μm。

在其中一个实施例中，所述片状氮化硼由球形氮化硼’经过剥离处理制得。

在其中一个实施例中，所述剥离处理包括如下步骤：

将所述球形氮化硼’与表面活性剂和水混合，球磨，过滤，收集氮化硼滤渣，用水和乙醇洗涤氮化硼滤渣，收集得到含水和氮化硼的氮化硼浆料，对所述氮化硼浆料进行超声处理，收集少层片状氮化硼。

在其中一个实施例中，所述球形氮化硼’的粒径为200目-500目；和/或

表面活性剂为十二烷基苯磺酸及其钠盐、十二烷基硫酸及其钠盐和脂肪醇醚硫酸钠中的至少一种；

所述球形氮化硼’和所述表面活性剂的质量比为（60-100）：1。