[发明专利]一种高导热石墨烯复合导热脂的制备方法

说明书

本发明提供了一种高导热石墨烯复合导热脂的制备方法，包括以下步骤，制备片层少于10层且层间均布有纳米铜颗粒的石墨烯纳米铜复合材料；将所述石墨烯纳米铜复合材料、导热填料、硅油混合并且分散和搅拌均匀后，去除所述溶剂，获得石墨烯复合导热脂。与常规的石墨烯包覆金属或非金属材料相比，本发明中含铜颗粒的石墨烯导热材料中的铜颗粒粒径为纳米级别，可通过控制温度和气流量来调节粒径的大小；粒径分布均匀，不团聚，因此铜颗粒与石墨烯片层的热阻更小。从而含铜颗粒的石墨烯导热材料有效提高导热脂的导热性能。

技术领域

本发明涉及热界面材料领域，特别涉及一种高导热性能的导热脂的制备方法。

背景技术

随着电子电路和通信技术的发展，电子器件、高性能芯片不断向小型化、轻量化、高效化方向发展。器件的体积越来越小，导热散热不良产生的高温不仅导致设备运行不稳，甚至使某些部件烧毁。因此，散热已成为电子元器件技术进步的关键。然而，热源和散热器之间并不是完全紧密地接触，两者之间存在着极细微的间隙，易被空气填充；而空气的导热系数仅为0.023W/m·K，是热的不良导体，会严重阻碍热量传导，最终影响散热效果。使用导热界面材料，可以很好地填充这些空隙。其中导热脂产品是呈膏状的高效导热界面材料，能够充分润湿接触表面，从而在发热装置和散热器之间形成一个非常低的热阻接口，散热效率比其它类热界面要优越很多。

一般来说，导热脂产品由基础硅油和导热填料组成。市场上应用较多为铝、锌、氧化铝、氮化铝、氧化锌、碳化硅等导热填料，热导系数分别为247、116、40、320、30、270 W/（m·K），室温下采用以上填料填充导热脂产品的热导系数仅能达到1-3 W/（m·K）时，而且要求填料填充体积较大。研究表明，导热填料采用相同的体积分数或质量分数填充导热脂产品，其热导率越高，复合材料的导热性能则更优异。因此选用热导系数较高的填料可制备较高热导率的复合材料，且降低填充率达到同样的导热效果。

石墨烯作为一种新型导热填料，实验表明单层石墨烯的热导率可高达5300W/（m·K），具有超高的载流子迁移率、优异的热导率、高比表面积和高柔韧性等优点，因此采用石墨烯填充到导热脂产品中，可以制备出高导热性的石墨烯基导热材料，导热性能远远优于采用其他传统填料所制备的界面导热材料。近年来，石墨烯作为一种理想的导热填料，成为了研究的热点方向。为了增强导热脂中石墨烯和金属填料或金属氧化物填料的协同导热作用，多采用石墨烯包覆其他填料混合物的方法，减少石墨烯和其他填料之间的热阻。石墨烯包覆粉体大多发生在溶液中，由于时间、温度和浓度对包覆效果影响甚大，这种方法往往会造成其他填料团聚在石墨烯周围，而难以达成理想的包覆效果，因而即使添加了石墨烯的导热脂产品导热性能并不会有大的提升。

基于上述技术的不足，本发明提供一种高导热石墨烯复合导热脂及其制备方法，该导热脂产品使用了一种含铜颗粒的石墨烯导热材料，从原材料上解决了石墨烯和金属填料的协同作用，可以有提高导热脂产品的导热性能。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热石墨烯复合导热脂的制备方法，主要步骤包括：

（1）制备石墨烯纳米铜复合材料，往置于保护气氛下的高温铜液中通入烃类气体与氢气和氮气组成的混合气体，控制铜液温度为1200-1450℃，烃类气体与氢气和氮气组成的混合气体的气流量比例为烃类气体：氢气：氮气=400-1000：200-1000：10000-20000sccm，烃类气体在气泡表面裂解生成石墨烯，收集所得片层间均布有纳米铜颗粒的石墨烯纳米铜复合材料，所述石墨烯纳米铜复合材料呈现类似“三明治”式结构，铜颗粒夹杂在石墨烯片层中。通过铜液温度、混合气体比例和通入量，控制所述铜颗粒的粒径为100nm-1μm，且石墨烯片层少于10层。