专利名称：一种纳米导热透明灌封胶复合材料及其制备方法
一种纳米导热透明灌封胶复合材料及其制备方法[技术领域]本发明涉及LED用纳米导热透明灌封胶材料技术领域，具体的说 是一种纳米导热透明灌封胶复合材料及其制备方法。 [技术背景]能源是国民经济发展的基础，也是经济社会可持续发展的重要制 约因素，照明节能是实现节约能源的有效途径。传统的照明光源是以 白炽灯和荧光灯为主，白炽灯效率比较低而且耗电量大，而荧光灯因 含汞会造成环境污染。因此发展高效、环保、节能的新型照明光源是 一项非常紧迫的任务。近年来，白光发光二极管(light emit diode-LED)是快速发展的一种新型固态照明光源。与白炽灯及荧光灯相比， 它有许多优点，如有着小型化、长寿命、无汞污染的特点,并且十分节 能，被誉为将超越白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯的第四代照明光 源。当前在长寿命、高品质LED光源的研制中，需要迫切解决的首要 问题是温控问题，也就是使器件温度维持在一定的数值。而温控最关 键的是抑制升温、提高器件的散热性能。传统的管芯功率小，需要散 热也小，因而散热问题并不是十分严重，但对于大功率LED来说，散 热问题就显得尤为重要。芯片的热量不能很好的散出去，会降低其发 光效率，加速芯片和荧光粉的老化，使芯片失效。灌封胶是封装发光二极管的主要材料，其性能直接影响制品的可 靠性、光输出效率等。封装LED常用的灌封胶有环氧树脂和硅胶，但 环氧树脂和硅胶的导热能力不理想，因此改善环氧树脂和硅胶的导热性能可极大地提高LED的性能。纳米材料是当前光电材料与器件的研究热点，其中纳米微粒如纳 米金刚石，碳纳米管等纳米材料等良好的导热性能为其展现了广阔的 应用前景，如果将纳米导热材料颗粒，如纳米金刚石，碳纳米管等掺 杂到环氧树脂和硅胶中将能有效地改善其机械性能和导热能力，应用 到LED中能有效地解决LED的散热问题。 [发明内容]本发明的目的是设计克服现有技术的不足，采用高导热性 且分散性好的纳米微粒作为灌封胶的掺杂材料，提高灌封胶的导热 性，从而有效地提高LED的散热性和稳定性。为实现上述目的，设计一种纳米导热透明灌封胶复合材料，由 灌封胶、纳米微粒制备而成，其特征在于将纳米微粒掺杂到灌封胶 中的比例为0.01%-10 wt%。灌封胶为对300nm到900nm范围内的光有 很高的透过率、化学和热稳定性高的透明有机化合物，如环氧树脂或 硅胶。纳米微粒为尺寸在lOnm以下的碳纳米管、纳米金刚石、石墨、 Si02、 A1203、 Sn02、 ZnO、 Ag、 Au'、 Cu、 Al、 Fe、 Ni、 Zn、 Sn、 Ti 、 Mo、 W中的任一种。 一种纳米导热透明灌封胶复合材料的制备方法，包 括如下制备步骤(1)纳米微粒的制备；(2)物理或化学混合物 理混合包括纳米微粒和灌封胶的直接混合或在溶剂中混合或超声混 合；化学混合是将进行表面修饰后的纳米微粒和灌封胶直接混合或在 溶剂中混合或超声混合；(3)制得纳米导热透明灌封胶复合材料。纳 米微粒的制备方法包括化学气相合成、化学固相合成、化学液相合 成、电化学合成、溶剂热合成、炸药爆轰合成、溅射、蒸发、离子束生长的方法。所述化学制备步骤中的表面修饰采用的表面修饰剂包括正十八胺、巯基丙三醇、硫脲、疏萘剂、磺基琥珀酸双(2-甲基戊基) 酯钠盐、四硫富瓦烯四硫醇盐、十二烷基硫酸钠中的任一种。物理、 化学混合中使用的溶剂为水或酒精或丙酮。本发明与现有技术相比，制备方法简单方便，制备的纳米导热透 明灌封胶复合材料具有较好的导热性能，适于产业化生产的发光二极 管使用，有效提高LED的散热效率，可填补目前半导体照明市场需求 的空白。 [
]图1为本发明中实施例1的紫外可见透射谱图，从谱图中可见， 尽管掺杂纳米金刚石的环氧树脂透过率比未掺杂的环氧树脂略低，但 仍有高的透过率为350nm-800nm，大于90%。图2为本发明中实施例1的热导率测量结果，从图上可见，掺杂 纳米金刚石的环氧树脂热导率比未掺杂的环氧树脂有显著的提高。图3为本发明中实施例2的紫外可见透射谱图，从谱图中可见， 尽管掺杂碳纳米管的硅胶透过率比未掺杂的硅胶低，但仍有高的透过 率，为350mn-800nm，大于90%。图4为本发明中实施例2的热导率测量结果，从图上可见，掺杂 碳纳米管的硅胶热导率比未掺杂的硅胶有显著的提高。指定图1为摘要附图。参见图1和图2，其中，A为环氧树脂；B为环氧树脂+纳米 金刚石。参见图3和图4，其中，A为硅胶；B为硅胶+碳纳米管。 [具体实施方式
]下面结合附图对本发明作进一步说明，本工艺技术对本 专业的人来说还是比较清楚的。 实施例l三硝基甲苯和黑索金的质量比l: 1，混合炸药80g，在氮气气氛下及水为冷却介质的80L高压容器中进行爆炸，然后经过80目筛子除去杂 质后，再经70"€的98%硫酸和硝酸混合溶液处理，最后经80'C真空干燥 得到纳米金刚石，尺寸为5nm左右；使用正十八胺对纳米金刚石表面进行修饰；然后取LED用环氧树脂的A组分主剂，B组分固化剂，按质量比 1: l充分混合均匀，放入真空器中干燥5分钟除去其中的气泡，将ling 表面修饰后的纳米金刚石加入到10mL环氧树脂中，在超声下使其均匀 混合；使用旋涂的方法将混合溶液均匀地涂覆到玻璃表面，在真空条件 下干燥l小时后，再经过80。C烘烤2小时固化，形成一层薄的透明薄 膜，将透明薄膜从玻璃上剥落，测量其光透过率，参见图l和热导率， 参见图2。实施例2将镍片放入低温低压化学气相反应室内，抽真空后通入氢气，流 量为200 sccm，加热使反应室内温度升至55(TC后通入乙炔，流量为 40sccm进行反应，压强维持在20 kPa.反应30分钟后，关闭乙炔气 源，使反应室自然降温至25(TC左右时关闭氢气气源，在真空状态下 继续降温至室温，得到碳纳米管薄膜，表面呈深黑色；将碳纳米管薄膜从镍片上剥落，经69%浓硝酸处理，最后经80°C真空干燥得到碳纳米管，尺寸为lOnm左右，用巯基丙三醇对碳纳米 管表面进行修饰；取LED用硅胶的A组分主剂，B组分固化剂，按质量比l: 1 充分混合均匀，放入真空器中干燥10分钟除去其中的气泡，将lmg 表面修饰后的碳纳米管加入到20mL硅胶中，在超声下使其均匀混 合.使用喷涂的方法将混合溶液均匀地涂覆到玻璃表面，在真空条件 下干燥1小时后，再经过70°C烘烤1小时固化，形成一层薄的透明 薄膜，将透明薄膜从玻璃上剥落，测量其光透过率，参见图3和热导 率，参见图4。
权利要求
1、一种纳米导热透明灌封胶复合材料，由灌封胶、纳米微粒制备而成，其特征在于将纳米微粒掺杂到灌封胶中的比例为0.01％-10wt％。
2、 如权利要求1所述的一种纳米导热透明灌封胶复合材料，其特征在于灌封胶为对300nm到900nra范围内的光有很高的透过率、 化学和热稳定性高的透明有机化合物，如环氧树脂或硅胶。
3、 如权利要求1所述的一种纳米导热透明灌封胶复合材料，其特征 在于；纳米微粒为尺寸在10nm以下的碳纳米管、纳米金刚石、 石墨、Si02、 A1203、 Sn02、 ZnO、 Ag、 Au、 Cu、 Al、 Fe、 Ni、 Zn、 Sn、 Ti、 Mo、 W中的任一种。
4、 一种纳米导热透明灌封胶复合材料的制备方法，其特征在于包括 如下制备步骤(1)纳米微粒的制备；(2)物理或化学混合 物理混合包括纳米微粒和灌封胶的直接混合或在溶剂中混合或超 声混合；化学混合是将进行表面修饰后的纳米微粒和灌封胶直接 混合或在溶剂中混合或超声混合；(3)制得纳米导热透明灌封 胶复合材料。
5、 如权利要求4所述的一种纳米导热透明灌封胶复合材料的制备方 法，其特征在于纳米微粒的制备方法包括化学气相合成、化学 固相合成、化学液相合成、电化学合成、溶剂热合成、炸药爆轰 合成、溅射、蒸发、离子束生长的方法。
6、 如权利要求4所述的一种纳米导热透明灌封胶复合材料的制备方法，其特征在于所述化学制备步骤中的表面修饰采用的表面修饰剂包括正十八胺、巯基丙三醇、硫脲、疏萘剂、磺基琥珀酸双(2-甲基戊基)酯钠盐、四硫富瓦烯四硫醇盐、十二烷基硫酸钠中 的任一种。
7、如权利要求4所述的一种纳米导热透明灌封胶复合材料的制备方 法，其特征在于物理、化学混合中使用的溶剂为水或酒精或丙 酮。
全文摘要
本发明涉及LED用纳米导热透明灌封胶材料技术领域，具体的说是一种纳米导热透明灌封胶复合材料及其制备方法，由灌封胶、纳米微粒制备而成，其特征在于将纳米微粒掺杂到灌封胶中的比例为0.01％-10wt％。本发明与现有技术相比，制备方法简单方便，制备的纳米导热透明灌封胶复合材料具有较好的导热性能，适于产业化生产的发光二极管使用，有效提高LED的散热效率，可填补目前半导体照明市场需求的空白。
文档编号C09K3/10GK101250390SQ20081003524
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者卓 孙, 曹美玲, 潘丽坤 申请人:上海纳晶科技有限公司;华东师范大学