一种导热复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及导热材料【技术领域】，本发明实施例提供了一种导热复合材料，包括导热填料和弹性体基体，所述导热填料包括石墨烯和纳米石墨中的至少一种，所述导热填料均匀分布在所述弹性体基体中。该导热复合材料的导热性能好，且能够和散热对象进行紧密接触以进一步增加导热性能。此外，本发明实施例还提供了上述导热复合材料的制备方法。
【专利说明】一种导热复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种导热材料，特别涉及一种导热复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着微电子技术的发展，电子元器件向薄、轻、小、多功能化方向变化，元器件组装密度越来越高，发热元器件的散热已成为一个突出问题，人们对导热材料的关注度也越来越高。传统的导热材料是金属，利用金属作为填充材料得到的导热复合材料，由于该导热复合材料中金属的负载量比较高，所以其导热性能在一定程度上被限制了。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种导热复合材料及其制备方法，可以提高导热材料的导热性能。
[0004]第一方面，本发明实施例提供的一种导热复合材料，包括导热填料和弹性体基体，所述导热填料包括石墨烯和纳米石墨中的至少一种，所述导热填料均匀分布在所述弹性体基体中。
[0005]结合第一方面，在第一种实现方式下，所述石墨烯包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的至少一种。
[0006]结合第一方面，在第二种实现方式下，所述石墨烯包括单层、双层、三层以上石墨烯中的至少一种。
[0007]结合第一方面、第一方面的第一种实现方式或者第一方面的第二种实现方式，在第三种实现方式下，所述纳米石墨包括鳞片状石墨和土状石墨中的至少一种，所述鳞片状石墨的厚度在800纳米以下，所述土状石墨的颗粒尺寸在800纳米以下。
[0008]结合第一方面或者第一方面的第一种实现方式至第一方面的第三种实现方式中的任一种实现方式，在第四种实现方式下，所述弹性体基体包括硅橡胶和固化剂，所述硅橡胶包括甲基硅橡胶、甲基乙烯硅橡胶、苯基甲基乙烯硅橡胶和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶中的至少一种，所述固化剂包括含硫化合物、金属氧化物、过氧化物、树酯、醌类和胺类中的至少一种。
[0009]第二方面，本发明实施例还提供一种导热复合材料的制备方法，该方法包括:步骤
一、在反应器中加入导热填料和弹性体基体，将所述导热填料均匀混合在所述弹性体基体中以得到导热复合材料前躯体，所述导热填料包括石墨烯和纳米石墨中的至少一种；步骤
二、将所述导热复合材料前躯体置于20-200摄氏温度下，通过熔融加工以及所述熔融加工后的固化成型，得到导热复合材料。
[0010]结合第二方面，在第一种实现方式下，所述步骤一中的所述导热填料和所述弹性体基体的重量比为1:0.1-110。
[0011]结合 第二方面或者第二方面的第一种实现方式，在第二种实现方式下，所述步骤一中的石墨烯包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的至少一种，且，所述步骤一中的石墨烯包括单层、双层、三层以上石墨烯中的至少一种。[0012]结合第二方面、第二方面的第一种实现方式或者第二方面的第二种实现方式，在第三种实现方式下，所述步骤一中的纳米石墨包括鳞片状石墨和土状石墨中的至少一种，所述鱗片状石墨的厚度在800纳米以下，所述土状石墨的颗粒尺寸在800纳米以下。
[0013]结合第二方面或者第二方面的第一种实现方式至第二方面的第三种实现方式中的任一种实现方式，在第四种实现方式下，所述步骤一中的所述弹性体基体包括硅橡胶和固化剂，且所述固化剂和所述硅橡胶的重量比为0-10:0.1-100，所述硅橡胶包括甲基硅橡胶、甲基乙烯硅橡胶、苯基甲基乙烯硅橡胶和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶中的至少一种，所述固化剂包括含硫化合物、金属氧化物、过氧化物、树酯、醌类和胺类中的至少一种。
[0014]结合第二方面或者第二方面的第一种实现方式至第二方面的第四种实现方式中的任一种实现方式，在第五种实现方式下，所述步骤一中的均匀混合包括通过球磨、双螺杆挤出、密炼机混炼、开炼机混炼或者高速搅拌中的任意一种。
[0015]结合第二方面或者第二方面的第一种实现方式至第二方面的第五种实现方式中的任一种实现方式，在第六种实现方式下，所述步骤二中的固化成型包括热压、浇注、密炼机混炼、开炼机混炼中的任意一种。
[0016]可知，本发明实施例提供的导热复合材料及其制备方法，所述导热复合材料是通过将导热填料均匀分布在弹性体基体中获得的，所述导热填料包括石墨烯和纳米石墨中的至少一种，所述弹性体基体包括硅橡胶和固化剂，其中石墨烯和纳米石墨在室温下传递电子的速度比已知的导体都快，使得石墨烯和纳米石墨的导热性能优于已知的导体材料，硅橡胶具有优异的热稳定性和耐高低温性，能在-60°C~+250°C状态下长期工作，将石墨烯和/或纳米石墨作为导热填料添加主要成分是硅橡胶的弹性体基体中，得到的导热复合材料不仅导热性能好，而且能够更加紧密的和散热对象接触以达到更好的散热效果。
【专利附图】
【附图说明】`
[0017]图1是本发明实施例中一种导热复合材料样品的数字相机照片。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]本发明实施例第一方面提供了一种导热复合材料，解决了现有技术中利用金属作为填充材料得到的导热复合材料，由于该导热复合材料中金属的负载量比较高，而导致该导热复合材料导热率比较低的问题。本发明实施例第二方面提供了所述导热复合材料的制备方法，工艺简单方便，成本低，易于工业化生产。
[0020]第一方面，参阅附图1，本发明实施例提供的一种导热复合材料样品的数字相机照片，所述导热复合材料包括导热填料和弹性体基体，其中，所述导热填料包括石墨烯和纳米石墨中的至少一种，所述导热填料均匀分布在所述弹性体基体中。所述导热复合材料为黑色弹性体，导热率为l_20W/mK。
[0021]需要说明的是，所述石墨烯包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的至少一种。同时，所述石墨烯包括单层、双层、三层以上石墨烯中的至少一种。
[0022]值得注意的是，所述纳米石墨包括鱗片状石墨和土状石墨中的至少一种。优选的，所述鱗片状石墨的厚度在800纳米以下，所述土状石墨的颗粒尺寸在800纳米以下。
[0023]再者，需要说明的是，所述弹性体基体包括硅橡胶和固化剂，其中，所述硅橡胶包括甲基硅橡胶、甲基乙烯硅橡胶、苯基甲基乙烯硅橡胶和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶中的至少一种，所述固化剂包括含硫化合物、金属氧化物、过氧化物、树酯、醌类和胺类中的至少一种。
[0024]作为本发明的一个实施例，所述导热复合材料包括I重量份的鳞片状石墨、2重量份的三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶和0.2重量份的固化剂。
[0025]作为本发明的另一个实施例，所述导热复合材料包括I重量份的多层氧化石墨烯、10重量份的甲基硅橡胶和I重量份的固化剂。
[0026]作为本发明的再一个实施例，所述导热复合材料包括I重量份的土状纳米石墨、3.5重量份的甲基乙烯基硅橡胶、0.3重量份的固化剂。
[0027]作为本发明的再一个实施例，所述导热复合材料包括I重量份的单层氧化石墨烯、20重量份的甲基乙烯基硅橡胶和2重量份的固化剂。
[0028]作为本发明的再一个实施例，所述导热复合材料包括0.5重量份的土状纳米石墨、0.5重量份的双层氧化石墨烯和11重量份的乙烯基硅橡胶。
[0029]作为本发明的再一个实施例，所述导热复合材料包括0.5重量份的单层还原氧化石墨烯、0.5重量份的三层还`原氧化石墨烯、100重量份的苯基甲基乙烯基硅橡胶和10重量份的固化剂。
[0030]作为本发明的再一个实施例，所述导热复合材料包括I重量份的三层还原氧化石墨烯、3.5重量份的三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶和0.3重量份的固化剂。
[0031]作为本发明的再一个实施例，所述导热复合材料包括I重量份的鳞片状纳米石墨和0.1重量份的苯基甲基乙烯基硅橡胶。
[0032]作为本发明的再一个实施例，所述导热复合材料包括I重量份的单层还原氧化石墨烯、1.5重量份的甲基乙烯基硅橡胶和0.15重量份的固化剂。
[0033]作为本发明的再一个实施例，所述导热复合材料包括0.75重量份的双层还原氧化石墨烯、0.25重量份的多层氧化石墨烯、8重量份的三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶和0.8重量份的固化剂。
[0034]本发明实施例第一方面提供的导热复合材料包含石墨烯和纳米石墨中的至少一种和弹性体基体，由于石墨烯具有比金属更加优异的导热性，所以利用石墨烯及纳米石墨作为导热填料，得到的导热复合材料的导热性能要优于金属导热材料；再者，在利用石墨烯及纳米石墨作为导热填料时，其负载量要低于金属导热材料，这使得利用石墨烯及纳米石墨作为导热填料得到的导热复合材料的导热性能具有更大的发展空间。
[0035]进一步的，本发明实施例所述的导热复合材料还包括弹性体基体，所述弹性体基体可以实现导热复合材料与散热对象之间更加紧密的接触，以达到更好的散热效果。
[0036]第二方面，本发明实施例还提供一种导热复合材料的制备方法，所述方法包括:
[0037]步骤一、在反应器中加入导热填料和弹性体基体，将所述导热填料均匀混合在所述弹性体基体中以得到导热复合材料前躯体，所述导热填料包括石墨烯和纳米石墨中的至少一种；
[0038]步骤二、将所述导热复合材料前躯体置于20-200摄氏温度下，通过熔融加工以及所述熔融加工后的固化成型，得到导热复合材料。
[0039]其中，所述导热填料和所述弹性体基体的重量比为1:0.1-110。
[0040]需要说明的是，所述步骤一中的石墨烯包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的至少一种，且，所述步骤一中的石墨烯包括单层、双层、三层以上石墨烯中的至少一种。
[0041 ] 进一步的,所述步骤一中的纳米石墨包括鱗片状石墨和土状石墨中的至少一种，所述鱗片状石墨的厚度在800纳米以下，所述土状石墨的颗粒尺寸在800纳米以下。
[0042]进一步的，所述步骤一中的所述弹性体基体包括硅橡胶和固化剂，且所述固化剂和所述硅橡胶的重量比为0-10:0.1-100，所述硅橡胶包括甲基硅橡胶、甲基乙烯硅橡胶、苯基甲基乙烯硅橡胶和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶中的至少一种，所述固化剂包括含硫化合物、金属氧化物、过氧化物、树酯、醌类和胺类中的至少一种。
[0043]值得注意的是，所述步骤一中的均匀混合包括通过球磨、双螺杆挤出、密炼机混炼、开炼机混炼或者高速搅拌中的任意一种。
[0044]所述步骤二中的固化成型包括热压、浇注、密炼机混炼、开炼机混炼中的任意一种。
[0045]本发明实施例中导热复合材料的上述制备方法，可以包括以下多种【具体实施方式】:
[0046]1、在本发明一个实施例中，上述步骤具体可以为:
[0047]上述步骤一中，在反应器中加入I重量份的鳞片状纳米石墨、2重量份的三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶、0.2重量份的固化剂，球磨得到导热复合弹性体材料前驱体；
[0048]上述步骤二中，将所述前驱体置于200摄氏度下，采用热压方式，得到均匀弹性的石墨烯及纳米石墨基导热复合弹性体材料，导热系数为3.5ff/mK ；
[0049]2、在本发明另一实施例中，上述步骤具体可以为:
[0050]上述步骤一中，在反应器中加入I重量份的多层氧化石墨烯、10重量份的甲基硅橡胶、I重量份的固化剂，高速搅拌得到导热复合弹性体材料前驱体；
[0051]上述步骤二中，将所述前驱体置于100摄氏度下，采用浇注方式，得到均匀的石墨烯及纳米石墨基导热复合弹性体材料，导热系数为1.5ff/mK ；
[0052]3、在本发明又一实施例中，上述步骤具体可以为:
[0053]上述步骤一中，在反应器中加入I重量份的土状纳米石墨、3.5重量份的甲基乙烯基硅橡胶、0.3重量份的固化剂，球磨得到导热复合弹性体材料前驱体；
[0054]上述步骤二中，将所述前驱体置于60摄氏度下，采用热压方式，得到均匀的石墨烯及纳米石墨基导热复合弹性体材料，导热系数为3W/mK ；
[0055]4、在本发明又一实施例中，上述步骤具体可以为:
[0056]上述步骤一中，在反应器中加入I重量份的的单层氧化石墨烯、20重量份的甲基乙烯基硅橡胶，2重量份的固化剂，球磨得到导热复合弹性体材料前驱体；
[0057]上述步骤二中，将所述前驱体置于60摄氏度下，采用热压方式，得到均匀的石墨烯及纳米石墨基导热复合弹性体材料，导热系数为1.3ff/mK ；
[0058]5、在本发明又一实施例中，上述步骤具体可以为:[0059]上述步骤一中，在反应器中加入0.5重量份的土状纳米石墨和0.5重量份的双层氧化石墨烯、11重量份的乙烯基硅橡胶，球磨得到导热复合弹性体材料前驱体；
[0060]上述步骤二中，将所述前驱体置于20摄氏度下，采用密炼机混炼方式，得到均匀的石墨烯及纳米石墨基导热复合弹性体材料，导热系数为2W/mK ；
[0061]6、在本发明又一实施例中，上述步骤具体可以为:
[0062]上述步骤一中，在反应器中加入0.5重量份的单层还原氧化石墨烯和0.5重量份的三层还原氧化石墨烯、100重量份的苯基甲基乙烯基硅橡胶，10重量份的固化剂，球磨得到导热复合弹性体材料前驱体；
[0063]上述步骤二中，将所述前驱体置于60摄氏度下，采用开炼机混炼方式，得到均匀的石墨烯及纳米石墨基导热复合弹性体材料，导热系数为lW/mK。
[0064]7、在本发明又一实施例中，上述步骤具体可以为:
[0065]上述步骤一中，在反应器中加入I重量份的三层还原氧化石墨烯、3.5重量份的三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶，0.3重量份的固化剂，球磨得到导热复合弹性体材料前驱体；
[0066]上述步骤二中，将所述前驱体置于200摄氏度下，采用热压方式，得到均匀的石墨烯及纳米石墨基导热复合弹性体材料，导热系数为13W/mK。
[0067]8、在本发明又一实施例中，上述步骤具体可以为:
[0068]上述步骤一中，在反应器中加入I重量份的鳞片状纳米石墨、0.1重量份的苯基甲基乙烯基硅橡胶，球磨得到`导热复合弹性体材料前驱体；
[0069]上述步骤二中，将所述前驱体置于60摄氏度下，采用热压方式，得到均匀的石墨烯及纳米石墨基导热复合弹性体材料，导热系数为4W/mK。
[0070]9、在本发明又一实施例中，上述步骤具体可以为:
[0071]上述步骤一中，在反应器中加入I重量份的单层还原氧化石墨烯、1.5重量份的甲基乙烯基硅橡胶、0.15重量份的固化剂，球磨得到导热复合弹性体材料前驱体；
[0072]上述步骤二中，将所述前驱体置于100摄氏度下，采用热压方式，得到均匀的石墨烯及纳米石墨基导热复合弹性体材料，导热系数为20W/mK。
[0073]10、在本发明又一实施例中，上述步骤具体可以为:
[0074]上述步骤一中，在反应器中加入0.75重量份的双层还原氧化石墨烯和0.25重量份的多层氧化石墨烯、8重量份的三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶、0.8重量份的固化剂，球磨得到导热复合弹性体材料前驱体；
[0075]上述步骤二中，将所述前驱体置于200摄氏度下，采用热压方式，得到均匀的石墨烯及纳米石墨基导热复合弹性体材料，导热系数为6W/mK。
[0076]本发明实施例公开了一种导热复合材料，包括导热填料和弹性体基体，所述导热填料包括石墨稀和纳米石墨中的至少一种，具有闻导热性能的石墨稀及纳米石墨的加入大大提高了导热复合材料的导热性能。本发明实施例所得导热复合弹性体材料具有工艺简单、安全可控、性价比高等优点，可以大量生产，可广泛用于解决发热元器件的散热等问题。
[0077]下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改变和调整，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种导热复合材料，其特征在于，包括导热填料和弹性体基体，所述导热填料包括石墨烯和纳米石墨中的至少一种，所述导热填料均匀分布在所述弹性体基体中。
2.根据权利要求1所述的导热复合材料，其特征在于，所述石墨烯包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的导热复合材料，其特征在于，所述石墨烯包括单层、双层、三层以上石墨烯中的至少一种。
4.根据权利要求1至3任一项所述的导热复合材料，其特征在于，所述纳米石墨包括鳞片状石墨和土状石墨中的至少一种，所述鱗片状石墨的厚度在800纳米以下，所述土状石墨的颗粒尺寸在800纳米以下。
5.根据权利要求1至4任一项所述的导热复合材料，其特征在于，所述弹性体基体包括硅橡胶和固化剂，所述硅橡胶包括甲基硅橡胶、甲基乙烯硅橡胶、苯基甲基乙烯硅橡胶和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶中的至少一种，所述固化剂包括含硫化合物、金属氧化物、过氧化物、树酯、醌类和胺类中的至少一种。
6.一种导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括: 步骤一、在反应器中加入导热填料和弹性体基体，将所述导热填料均匀混合在所述弹性体基体中以得到导热复合材料前躯体，所述导热填料包括石墨烯和纳米石墨中的至少一种； 步骤二、将所述导热复合材料前躯体置于20-200摄氏温度下，通过熔融加工以及所述熔融加工后的固化 成型，得到导热复合材料。
7.根据权利要求6所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的所述导热填料和所述弹性体基体的重量比为1:0.1-110。
8.根据权利要求6或7所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤一中的石墨烯包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的至少一种，且，所述步骤一中的石墨烯包括单层、双层、三层以上石墨烯中的至少一种。
9.根据权利要求6至8任一项所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤一中的纳米石墨包括鱗片状石墨和土状石墨中的至少一种，所述鱗片状石墨的厚度在800纳米以下，所述土状石墨的颗粒尺寸在800纳米以下。
10.根据权利要求6至9任一项所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的所述弹性体基体包括硅橡胶和固化剂，且所述固化剂和所述硅橡胶的重量比为0-10:0.1-100，所述硅橡胶包括甲基硅橡胶、甲基乙烯硅橡胶、苯基甲基乙烯硅橡胶和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶中的至少一种，所述固化剂包括硫含硫化合物、金属氧化物、过氧化物、树酯、醌类和胺类中的至少一种。
11.根据权利要求6至10任一项所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤一中的均匀混合包括通过球磨、双螺杆挤出、密炼机混炼、开炼机混炼或者高速搅拌中的任意一种。
12.根据权利要求6至11任一项所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤二中的固化成型包括热压、浇注、密炼机混炼、开炼机混炼中的任意一种。
【文档编号】C09K5/14GK103772992SQ201410029603
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】高超, 魏杨扬, 周晓松, 徐焰 申请人:华为技术有限公司