[发明专利]一种利用吉布斯自由能诱导制备各向异性导热块体材料的方法

说明书

本发明涉及导热材料的制备，属于材料加工领域。一种利用吉布斯自由能诱导制备各向异性导热块体材料的方法，使二维纳米材料分散液平面液膜内部的二维纳米材料定向排列，固化为成各向异性薄膜，叠加后热压成型，得到各向异性的导热块体材料。内部二维纳米粒子热震荡传热效率更高，速度更快。特别是在温差较高时，相比于其它内部纳米颗粒无序排列的导热材料，本发明制备的块体导热材料能够降低微观层面二维纳米颗粒的横向无效热震动，提高纳米粒子的纵向热震荡频率，提升热传递效率，其热传递系数达到5300W/(m·K)。

技术领域

本发明涉及导热材料的制备，尤其涉及一种利用吉布斯自由能诱导制备各向异性导热块体材料的方法。

背景技术

随着信息时代的发展，集成电子设备成为信息化的物质基础。集成电路内在厘米级别的空间范围内集成百万级别的逻辑电门进行快速计算，单位功率密度非常高，电能向热能的转化速率快，单位时间集成电路发热量大，升温迅速。如不及时移除集成电路内部产生的大量热能，会极大降低其运行效率和使用寿命，甚至会产生爆炸或烧毁。

现有技术中多采用导热硅材料进行散热，将集成电路内部产生的热量经过散热硅材料传递给散热板，进而经过水冷或风冷将热量排出集成电路。

但硅材料存在容易老化脱落、导热性能不显著，无法有效给3D堆栈结构封装的芯片散热，不能适应技术的进一步发展。

因此，一种高效导热块体材料的制备,是导热散热材料适应3D堆栈封装等新型芯片散热问题的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用吉布斯自由能诱导制备各向异性导热块体材料的方法，解决现有导热材料导热效率底下的问题。

技术方案

一种利用吉布斯自由能诱导制备各向异性导热块体材料的方法，包括：

步骤1.配制二维纳米材料分散液；

步骤2.将二维纳米材料分散液铺展成平面液膜，利用材料体系吉布斯自由能最低原理，自诱导二维纳米材料定向排列，形成均一稳定的平面液膜；

步骤3.将平面液膜固化，以使膜内部有序排列的二维纳米材料颗粒位置彼此固定，形成微观层面有序排列的各向异性薄膜；

步骤4.将各向异性薄膜叠加后热压成型，得到导热块体材料。

进一步，所述二维纳米材料分散液包括二维材料、高分子材料、分散剂、溶剂；

进一步，所述二维材料任意选自氮化硼、石墨烯、黑磷、二硒化钼、二硫化钨等二维纳米颗粒中的一种或多种；

进一步，二维纳米材料分散液中二维材料浓度为0.001mg/mL～200mg/mL；

进一步，所述二维纳米材料分散液中分散剂的含量是0～30wt％；

进一步，步骤1中自诱导平面液膜内部的二维纳米材料定向排列的温度为-78℃～5℃；

进一步，所述高分子材料选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚偏氟乙稀、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、凯夫拉纤维、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、天然橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶、环氧树脂、丙烯酸酯、酚醛树脂、聚醚醚酮、聚砜、聚苯硫醚、氨纶、腈纶、聚酯纤维、维尼纶等中的一种或多种；

进一步，所述分散剂任意选自胆酸钠、十二烷基苯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠、聚对苯乙烯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、聚苯乙烯、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯醇中的一种或两种或多种；