[发明专利]氮化硼纳米片与聚丙烯酸凝胶复合热界面材料及制备方法有效

专利信息
申请号: 201610520064.3 申请日: 2016-07-04
公开(公告)号: CN107573446B 公开(公告)日: 2019-09-24
发明(设计)人: 支春义;江泓波 申请(专利权)人: 香港城市大学深圳研究院
主分类号: C08F120/06 分类号: C08F120/06;C08K7/00;C08K3/38;C09K5/14
代理公司: 北京三友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 杨雯茜;姚亮
地址: 518057 广东省*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 聚丙烯酸凝胶 热界面材料 氮化硼纳米 制备 复合热界面材料 导热填料 改性 硅球 丙烯酸 三价铁离子 散热器表面 导热性能 发热元件 搅拌反应 紧密贴合 静置反应 空气流通 三价铁盐 可变形 可复原 凝胶状 引发剂 散热
【说明书】:

发明提供了一种氮化硼纳米片与聚丙烯酸凝胶复合热界面材料及制备方法。该热界面材料包括聚丙烯酸凝胶基体以及导热填料,其中聚丙烯酸凝胶基体包括三价铁离子‑聚丙烯酸凝胶或改性硅球‑聚丙烯酸凝胶,导热填料包括氮化硼纳米片。该热界面材料的制备方法为:将丙烯酸、水以及三价铁盐或改性硅球混合均匀,再加入氮化硼纳米片混合均匀,搅拌,然后在引发剂的存在下搅拌反应30‑40分钟,再在35±2℃静置反应40‑48小时,得到该热界面材料。本发明提供的热界面材料是一种可变形且可复原的凝胶状热界面材料,其具有优异的导热性能,并且可以紧密贴合于各种需散热的表面,使发热元件与散热器表面间的间隙中完全没有空气流通。

技术领域

本发明涉及一种氮化硼纳米片与聚丙烯酸凝胶复合热界面材料及其制备方法,属于热界面材料技术领域。

背景技术

随着计算机芯片、大功率电子设备及光电器件等电子产品,空调、电视、冰箱、LED照明等家用和工业用电器,汽车、飞机、轮船、高铁等现代化交通设备向轻量化、小型化、高功率方向发展,其单位面积产生的热量愈来愈高,对热控系统提出了更高的要求。因此,如何快速、安全的带走发热元件上的热量成为了制约很多工业领域发展的一个重要课题。

在上述领域中,以集成电路为例,随着其在各种电子及其相关领域的蓬勃发展和广泛使用,怎样解决集成电路的散热问题成为了该领域需要解决的最主要问题。过热将大幅度减缓集成电路的工作效率,甚至对集成电路造成严重损坏,并且可能会随着时间的累积使整个设备永久性失效。一般情况下,集成电路的过热问题是通过在其上加装散热器或风扇以帮助其散热来解决的,并且在集成电路与散热器的间隙中还会添加热界面材料(TIM)来转移热量。

现有的热界面材料主要包括导热膏体、导热凝胶、相变热界面材料、高分子基复合热界面材料和金属热界面材料等几类。其中,尤其以氧化铝、氮化硼或氮化铝作为导热填料的热界面材料被广泛研究与发展。氮化硼(Boron Nitride,BN)作为类似石墨的化合物,在材料科学研究领域展现出了许多引人注目的特性,例如高本征热导率、优异的化学稳定性和热稳定性、宽带隙以及良好的润滑性能。特别地,由于氮化硼纳米片(boron nitridenanosheets,BNNS)具有较高的纵横比(aspect ratio)和比表面积,与其块体材料相比,表现出更优秀的材料性能。

近年来,现有的热界面材料已然不能满足电子技术中集成度和功率密度进一步提高对散热提出的要求,并且现有的热界面材料的机械性能(包括弹性、粘度、拉伸强度等方面)仍需进一步提高,因此研发出一种新型的以氮化硼纳米片为导热填料的热界面材料,成为了本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种氮化硼纳米片与聚丙烯酸凝胶复合热界面材料及其制备方法。该热界面材料是一种可变形且可复原的凝胶状热界面材料,其具有优异的导热性能,并且可以紧密贴合于各种需散热的表面,使发热元件与散热器表面间的间隙中完全没有空气流通。

为达到上述目的,本发明首先提供了一种氮化硼纳米片与聚丙烯酸凝胶复合热界面材料,该热界面材料包括聚丙烯酸凝胶基体以及导热填料,其中所述聚丙烯酸凝胶基体包括三价铁离子-聚丙烯酸凝胶或改性硅球-聚丙烯酸凝胶,所述导热填料至少包括氮化硼纳米片。

在上述热界面材料中,优选地,所采用的氮化硼纳米片的直径为200-2000nm,单层厚度约为0.8-1.2nm,单片厚度约为5-15nm,热导率约为200-800W/mK。

在上述热界面材料中,优选地,制备所述热界面材料所采用的氮化硼纳米片与丙烯酸的质量比为(1-5):10。

在上述热界面材料中,优选地,所述导热填料还可以进一步包括氧化铝、氮化铝和碳化硅等中的一种或几种的组合,制备所述热界面材料所采用的氧化铝、氮化铝和碳化硅等中的一种或几种的组合与丙烯酸的质量比为(0-5):10,该质量比优选为(1-5):10。

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