[发明专利]一种基于MXene的热界面材料及其制备方法

说明书

本发明涉及电子元器件用非金属功能材料制造技术领域，尤其涉及一种基于MXene的热界面材料及其制备方法。本发明的基于MXene的热界面材料，包括聚合物基体、交联剂、扩链剂、抑制剂和催化剂，以及分散于其中的导热填料，其中，所述导热填料的表面包覆有一层所述MXene。本发明的基于MXene的热界面材料的制备方法，采用静电自组装技术，MXene与处理后带正电荷的导热填料通过静电吸附紧密结合到一起。本发明采用MXene用作导热填料的改性剂，采用静电自组装技术改善了导热填料和聚合物基体之间的结合力，增强了整体的导热性，用量较少控制了生产成本；制备的基于MXene的热界面材料还具有良好的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明涉及电子元器件用非金属功能材料制造技术领域，具体而言，涉及一种基于MXene的热界面材料及其制备方法。

背景技术

热界面材料是一种不可或缺的热管理材料，通常由导热填料和聚合物基体复合而成，兼具填料的高导热性能，和聚合物基体的良好的力学柔顺性。常见的导热填料有：铝、氧化铝、氮化硼、氮化铝、金属、碳基材料等等，常用的聚合物基体有：聚二甲基硅氧烷(俗称有机硅油)、环氧树脂、聚丁二烯等。其中，氧化铝/有机硅油复合材料，因具有原料丰富、廉价、良好的电绝缘性、力学性能等优点，而成为应用最广泛的热界面材料之一。氧化铝本征热导率可以达到30W/(m·K)，但是复合材料的热导率远远低于此数值，主要原因是由于氧化铝和有机硅之间存在界面热阻，阻碍三维导热网络的热传导，另外，高填充量下填料容易团聚亦会给导热带来负面影响。因此，需要采取一些手段来改善填料和基体之间的界面热输运。

对填料进行表面修饰是一种有效的增强界面热传导、改善填料分散性的手段。按照成键形式，可以分为共价键改性和非共价键改性。共价键改性，譬如，通过脱水缩合反应，在填料表面接枝硅烷偶联剂。硅烷偶联剂一端与填料之间通过共价键连接，另一端与聚合基体之间通过缠结作用增强接触，从而改善填料与聚合物基体之间的热传导。非共价键改性，填料和基体通过氢键作用、π-π键、静电作用等方式进行连接。共价键改性的优点是，填料和基体之间的相互作用更强，有利于界面热传导，但是对填料的本征热导率破坏较大。而非共价键改性则相反，在非共价键表面修饰中，填料和基体的相互较弱，但是能够最大程度的使填料保持较高的热导率。传统的改性剂通常都是有机物，本身的热导率并不高，虽然可以改善填料的分散性，但是对整体热导率的影响并不显著。

MXene是一种新型二维材料，因具有优异的电学、磁学、热学性质而备受关注。最典型的MXene材料是Ti₃C₂T_x，其中T表示其表面活跃的官能团，可以是-OH,-O,-F,等。Ti₃C₂T_x容易制备，其热导率可达55.8W/(m·K)。虽然MXene的热导率远不及石墨烯，但是因其表面具有活性较强的官能团，它与聚合物相容性很好，这是石墨烯难以企及的。MXene虽然已经在热界面复合材料体系中应用，但都是将MXene作为主体导热填料，而MXene的制备成本相对较高，用它取代传统填料如铝粉、氧化铝等，成本太高，缺乏可行性，并不利于工艺发展。

因此，急需研究一种新的基于MXene的热界面材料及其制备方法，在解决现有技术中导热填料与聚合物基体间界面热阻的同时，也能降低生产成本。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明提供了一种基于MXene的热界面材料及其制备方法，采用静电自组装技术，将MXene薄片均匀的包裹在氧化铝球表面，以增加氧化铝与聚合物基体的界面热传导，同时MXene用量也较少控制了生产成本。

本发明提供一种基于MXene的热界面材料，包括聚合物基体、交联剂、扩链剂、抑制剂和催化剂，以及分散于其中的导热填料，其中，所述导热填料的表面包覆有一层所述MXene。

优选地，在所述导热填料的表面利用静电自组装技术包覆有一层所述MXene，所述导热填料先进行表面电负性处理，使其带正电荷。