[发明专利]一种低接触热阻相变触发型热界面材料及其制备方法

说明书

本申请公开了一种低接触热阻相变触发型热界面材料及其制备方法，热界面材料基体中分散有纳米导热填料/相变材料的相变微囊，具备相变触发功能，当电子设备的工作温度超过相变温度，可触发相变材料的固‑液相转变，显著降低热界面材料表面模量并在压力作用下渗透出微量的具有较好界面填充性和高导热的纳米导热填料/相变材料熔体，实现对界面微纳间隙的高度浸润填充。

技术领域

本申请涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种低接触热阻相变触发型热界面材料及其制备方法。

背景技术

随着芯片集成度的不断提高以及电子设备的高速化和多功能化，电子设备在使用过程中产生的热量越来越多，迫切需要开发高性能的热界面材料实现对热量的有效管理。

研究表明，超过50％的电子设备故障都是来源于过高的工作温度。存在过热问题的电子设备需要通过散热器将热量传导出去，但固体表面离散的点接触导致电子设备与散热器之间存在大量的导热率极低的界面空气，从而严重降低了散热器/电子设备界面传热效率。高分子基热界面材料作为热管理材料中重要的一类，其作用是填充于电子设备与散热器之间，尽可能地减少散热器/电子设备界面之间的接触热阻，从而实现热量从电子电器元件到散热器的高效热传导。

热界面材料具有非常广泛的应用，正在到来的5G时代对热界面材料性能也提出了更高要求：低热阻、低压应力和高可靠性。针对如何提高热界面材料的导热系数，研究者们已开展了大量的研究工作。例如，刘等利用3D打印技术制备了具有功能梯度结构的聚己内酯(PCL)/AlN导热复合材料，其面外导热系数高达1.54W/mK；封等利用蜜胺泡沫(MF)作为骨架结构制备了一种具有可压缩的双连续网络石墨烯/PDMS/MF导热复合材料，当压缩率为70％时其面外导热系数为2.19W/mK。然后，学者在热界面材料设计和制备过程中也未充分考虑接触热阻的影响，导热填料的添加在显著改善聚合物导热性能的同时不可避免地提高了接触热阻，所制备的热界面材料仍难以充分满足实际应用的需求。实际应用中，热界面材料与热源间的界面间隙尺寸一般在0.1-2μm，因此，工业领域常用的微米尺寸导热填料难以填充进界面间隙中。为了解决这一问题，一般通过低粘度硅油和纳米导热填料共混的方式制备具有较好界面填充性能的导热脂/膏。但这类热界面材料通常又存在导热系数差和易迁移等问题。

基于此，研究并开发出一种具有高导热性能和低接触热阻的相变触发型热界面材料尤为重要。

发明内容

本申请公开了一种低接触热阻相变触发型热界面材料及其制备方法，热界面材料基体中分散有纳米导热填料/相变材料的相变微囊，具备相变触发功能，当电子设备的工作温度超过相变温度如25-50℃时，可触发相变材料的固-液相转变，显著降低热界面材料表面模量并在压力作用下渗透出微量的具有较好界面填充性和高导热的纳米导热填料/相变材料熔体，实现对界面微纳间隙的高度浸润填充。

在本申请的一些实施例中，本申请的热界面材料中存在微米尺寸导热填料构筑的高效导热通路，能够提供高的面外导热性能和优异的电绝缘性。

在本申请的一些实施例中，一种低接触热阻相变触发型热界面材料的制备方法，所述热界面材料的原料包括：5-90wt％热塑性弹性体，1-50wt％纳米导热填料/相变材料的相变微囊，5-50wt％微米尺寸导热填料；

所述热界面材料的制备方法包括以下步骤：

(1)首先选用热塑性弹性体为基体材料，在熔融共混过程中，添加0.5-1.5phr的过氧化二异丙苯(DCP)对热塑性弹性体进行交联，共混时间为5-10分钟，共混温度为170-180℃，得到交联热塑性弹性体，提高热稳定性和后期溶胀程度；

(2)选用尺寸为10-100nm的纳米导热填料分散在熔融的相变材料中，通过机械搅拌和超声处理提高分散性，得到纳米导热填料/相变材料的混合物，纳米导热填料的含量为5-30wt％；得到纳米导热填料/相变材料共混物；