[发明专利]点、线、面三维立体碳材料复合导热硅胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料复合导热硅胶及其制备方法，尤其涉及点、线、面三维立体碳材料复合导热硅胶及其制备方法，属于散热技术领域。

背景技术

近年来，各类电子产品迅猛迅速，电子设备及工业设备集成程度越来越高，器件性能大幅提升，功率增大，而特征尺寸却不断缩小。这使得各类电子器件在使用时单位面积上会积累了大量的热量，如不迅速传导到外界环境，将在很大程度上影响电子元器件的效率并显著降低其使用寿命。

目前市场上主要产品都是通过将电子器件固定到各类金属类材料散热器件表面进行散热。然而热源表面与散热器件直接接触在接触面会存在大量空隙并残留空气，由于空气是热的不良导体，会严重阻碍热量在接触面之间的传递。导热硅胶的使用可以很好的减少填充接触面的间隙，将空气挤出接触面，真正做到面对面的接触。

然而，传统的导热硅胶材料导热系数都比较低，无法满足导热的现实需求；而当在传统导热硅胶内部复合高性能的导热填料以期改善其导热性能时，这些高性能的导热填料往往又难以形成致密的导热网络，大大影响了其导热系数的提升。

石墨烯作为当前研究的明星材料，具有优异的导热性能(5000W/(m·s))以及超长的比表面积(2630m²/g)，是理想的电子元器件散热材料。如果能将石墨烯与导电硅胶结合起来运用，这样有可能提高其导热系数，然而石墨烯的复合也存在着诸多的问题：难以形成稳定且连续的导热网络；由于石墨烯片的二维特性，石墨烯的引入仅能提升导热硅胶面内的导热系数，对于纵向导热能力的提升则基本无能为力；且石墨烯材料在硅胶中的分散性较差、溶解度低等等。

针对上述问题，目前还未有比较理想的解决办法。因此，开发一种添加有石墨烯的新型复合导热硅胶及其制备方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种点、线、面三维立体碳材料复合导热硅胶，该碳材料复合导热硅胶可大幅提升导热硅胶的导热系数。

本发明的另一目的在于提供一种所述点、线、面三维立体碳材料复合导热硅胶的制备方法。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种点、线、面三维立体碳材料复合导热硅胶，其中，以该点、线、面三维立体碳材料复合导热硅胶的总重量为100％计，其包括0.1％～30％的表面改性石墨烯、0.1％～30％的表面改性碳纳米管、0.1％～30％的表面改性碳纳米球及余量的硅胶；所述表面改性石墨烯、所述表面改性碳纳米管与所述表面改性碳纳米球的质量分数之和在10％以上，优选在20％以上，进一步优选在30％以上，更优选10％～40％；且质量之比为1：0.5～2：0.5～4，优选1：0.5～2：2～4，进一步优选1：1～2：2～4，更优选1:1:1；

所述表面改性石墨烯是以浓酸处理球磨后的石墨烯制得的；

所述表面改性碳纳米管是以浓酸处理碳纳米管制得的；

所述表面改性碳纳米球是以浓酸处理碳纳米球制得的；

所述的浓酸包括浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸中的一种或几种，其中，所述的浓硝酸是指质量百分数为30～69.2％的硝酸，优选50％～60％；所述的浓硫酸是指质量百分数为70～98.5％的硫酸，优选90～95％；所述的浓盐酸是指质量百分数为20～37％的盐酸，优选30～35％。

除特别说明外，本发明中所述含量和比例均为重量含量和重量比例。

本领域技术人员应当知晓本发明中所述的硅胶包括现有技术中可用于制备导热硅胶的硅胶。

本发明所述的点、线、面三维立体碳材料复合导热硅胶中含有的表面改性石墨烯是通过球磨、浓酸处理制备得到的，含有的表面改性碳纳米管及表面改性碳纳米球是通过浓酸处理制备得到的，三种碳材料经处理后有效提升了石墨烯、碳纳米管及纳米碳球在硅胶中的溶解性，增强了三种碳材料在硅胶中的分散性。并且三种碳材料在硅胶中形成了稳定且连续的三维导热网络。具体而言，首先表面改性石墨烯片之间形成导热网络，再通过表面改性碳纳米管的连接及表面改性碳纳米球的空隙填充，最终制备的复合导热硅胶可以在三维方向上都有极高的导热系数和良好的稳定性，能把集中在一点的热量快速分散到外界。该三维网络的形成明显提升了导热硅胶在面内和纵向的导热能力，协同导热，大幅提升导热硅胶的导热系数。

根据实际应用中对绝缘性有无要求，本发明可进一步的在浓酸处理石墨烯之后、浓酸处理碳纳米管之后、浓酸处理碳纳米球之后各自独立地负载不同的物质以满足相应要求。具体而言，如果对复合导热硅胶的绝缘无要求，可将所述表面改性石墨烯、表面改性碳纳米管、表面改性碳纳米球各自独立地负载金属；