[发明专利]一种提高导热硅脂导热性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高导热硅脂导热性能的方法。

背景技术

随着计算机CPU集成电路的集成化程度和运算速度的提高，CPU芯片的发 热量越来越大，其散热问题已经成为技术瓶颈之一。LED是一种新型的注入电 致发光器件，其优越性在于节能。目前，高亮度照明用LED在实验室中已经超 过1001m/W水平，501m/W的大功率LED已进入了商品化。单个LED器件的 功率已从最初的毫瓦级跃至现在的数十瓦级。由于单个LED器件的尺寸很小， 仅为1mm×1mm～2.5mm×2.5mm，这对大于1W级的大功率LED来说，其功率密 度很大。LED器件的电光转换效率约为15％，剩余的85％电能转化为热能。当 多个LED密集排列组成照明系统时.其电能转化为热能更加严重。与传统的照 明器件不同，用于照明的LED的发光光谱中不包含红外光部分，其热量不能依 靠红外辐射释放，只能通过散热片散热。因此，解决大功率LED的散热问题已 成为其广泛应用的先决条件。

对于CPU芯片或大功率LED照明系统等发热源的散热，常用的方法是在发 热源上安装散热片。为了提高发热源与散热片两者之间的面接触效果，需要在 发热源与散热片之间填充导热效果优异的导热介质，以增加发热源与散热片的 接触面积，减少接触热阻，达到提高散热效果的目的。

导热硅脂是最常用的导热介质。

碳纳米管(Cabon Nanotubes，简称CNTs)是1991年才被发现的一种新型 碳结构，是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的管体。碳纳米管分为单壁碳纳米 管(Single-walled Nanotubes，SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-walled Nanotubes，MWNTs)。由于直径很小、长径比大，碳纳米管被视为准一维纳米 材料。已经证实碳纳米管除了具有奇特的电学性能和超强的力学性能以外，还 具有极佳的导热性能。实验结果表明，单壁碳纳米管的理论导热系数高达 6000W/wK，而金属铜和碳纤维的理论导热系数分别为400W/wK和1960W/wK。因 此，在导热硅脂中添加适量的碳纳米管，可以有效地提高其导热性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高导热硅脂导热性能的方法，该方法以碳纳 米管作为导热添加剂，在导热硅脂中均匀分散后，形成一个良好的导热网络来 有效地提高导热硅脂的导热性能。

本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为：

(1)碳纳米管的预处理：取原生态碳纳米管放入球磨机中，在200-500rpm 的转速下，球磨1-5h，将球磨后的碳纳米管放入气流磨中，用高速气流处理， 得到预处理碳纳米管，收集备用；

(2)碳纳米管的酸化处理：预处理碳纳米管和质量浓度为98％的浓硫酸、68％ 的浓硝酸按照质量：体积＝1.0g:20-200ml:10-100ml的比例进行混合，混合物超 声0.5-2h后，50-120℃下搅拌冷凝回流2-5h，冷却，大量去离子水稀释，微 孔滤膜减压抽滤洗涤至中性，产物在100℃下真空干燥4h，粉碎，得到酸化处 理碳纳米管；

(3)碳纳米管的酯化处理：酸化处理碳纳米管、0.1-0.5mol/L的NaOH按照 1g:600-800ml的比例在容器中混合，超声震荡0.5h，使酸化处理碳纳米管表 面上的羧基转换成钠盐形式，在悬浮液中分别加入酯化反应接枝物质5-20ml 及相转移催化剂1-4ml，超声分散1-3h，80℃下回流加热搅拌1-3h，静置冷却， 再加入99.5％的氯仿35-50ml溶解沉淀，用0.28μm滤膜进行抽滤，回收滤渣， 滤液中加入99.5％的无水乙醇10-15ml，析出黑色沉淀，100℃下真空烘箱中干 燥2-5h，粉碎，研磨后得到酯化处理碳纳米管；

(4)与导热硅脂及填料混合：经酯化处理得到的碳纳米管、导热硅脂、填 料按照质量比为0.1～3.0:92.0～99.8：1.0～5.0比例混合，再加入有机溶剂 10～60g，无水乙醇10-50g，使固体含量在40％-60％范围内，超声震荡，低速 搅拌直到浆料混合均匀；

(5)除去溶剂：所得的浆料放入真空干燥箱中，在100℃下干燥处理3-6h， 直至溶剂完全挥发，即制得添加碳纳米管后的导热硅脂。

在本发明中，所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，管径为10-50nm，管长为 0.5-100μm。