[发明专利]一种磁取向的石墨烯导热硅橡胶复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种磁取向的石墨烯导热硅橡胶复合材料的制备方法，属于导热高分子复合材料领域。该复合材料由磁取向的石墨烯和液体硅橡胶组成。首先采用化学共沉淀法制备的磁性四氧化三铁纳米粒子通过静电作用吸附到石墨烯表面，然后将磁功能化的石墨烯填料均匀分散到液体硅胶中。通过磁取向处理、加热固化，制备得到磁取向的石墨烯导热硅橡胶复合材料。由于磁取向作用，有效地利用了石墨烯超高的面内导热性能，从而在取向方向形成了高效的导热网络，显著提高了硅橡胶的热导率。本发明制备的磁取向的石墨烯导热硅橡胶复合材料的工艺简单，可重复性好，易于实现工业化生产，在热管理领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于导热高分子复合材料领域，特别是涉及一种磁取向的石墨烯导热硅橡胶复合材料的制备方法。

背景技术

随着通信、能量存储、物联网等新兴领域的发展，电子元器件不断趋于小型化与集成化，高效的热管理已经成为维持设备寿命与性能稳定的关键因素。热界面材料是一种常用且重要的热管理部件，其作用是替代空气填充到热源（如芯片）与散热设备之间的空隙，从而起到导热媒介的作用。

硅橡胶具有较高的耐热性能、优异的电绝缘性能、良好的透明度、极小的吸湿性等优异性能，是一种应用广泛的热界面材料基体。然而，由于硅橡胶的热导率仅为0.12 W/(m·K)，无法满足电子元器件高功率密度下的散热要求。因此，通常需要添加导热填料提高其热导率。目前常用的导热填料主要包括金属、氮化硼、氮化铝、氧化铝、碳化硅等，为实现理想的导热率需要高负载的添加量（50 vol%以上），这严重影响了复合材料的机械性能、加工性能，限制了其应用范围。为了实现低填料负载下的较高导热，同时满足所需的机械性能、加工性能要求，亟需开发出一种低密度、低填料负载的导热硅橡胶复合材料。

石墨烯独特的二维结构赋予其超高的热导率（5300 W/(m·K)）和理论杨氏模量（1.0TPa）等众多优异性能，因此，石墨烯可用作高导热填料直接添加聚合物基体中以显著提高复合材料的导热性能。目前关于石墨烯导热硅橡胶复合材料的研究已经取得了一定进展，专利CN104910625A公开了一种含有石墨烯的导热硅橡胶界面材料制备方法，所制备的复合材料中不仅含有低组分的石墨烯，而且添加了高组分（50-80 wt%）的微米级氧化铝。虽然该方法取得了较好的导热效果，但造成了复合材料的比重激增、加工性能减退。有研究者拟通过材料的取向，制备一种低填充、高导热的复合材料。比如，专利CN108976606A公开了一种各向异性导电导热聚合物复合材料及其制备方法，该复合材料由聚合物基体（外层熔体）和二维导电导热填料（内层熔体）通过多熔体多次注射成型制得，但是该方法不适用于低粘度液体硅橡胶复合材料的制备。名称为“一种高导热、可拉伸的硅橡胶/石墨烯纳米片逐层组装成型的多层薄膜材料及其制备方法”（Jianan Song et al. High thermalconductivity and stretchability of layer-by-layer assembled silicone rubber/graphene nanosheets multilayered films. Composites Part A: Applied Scienceand Manufacturing, 2018, 105: 1-8.）的文献中公开：使用旋转辅助的逐层组装方法制备了40个组装循环的硅橡胶/石墨烯纳米片多层薄膜，从而实现了2.03 W/(m·K)的水平方向热导率，325%的断裂伸长率。然而该方法成型过程复杂，缺乏可扩展性。

由于具有磁响应性的粒子在外加磁场的作用下会沿着磁场方向取向，因此采用磁取向填料方法可以充分利用石墨烯超高的面内热导率并形成完善的导热通路，从而有望实现低填料负载下的高导热。基于此，本发明采用包覆磁性四氧化三铁纳米粒子的方法赋予石墨烯磁响应性，进而施加外部磁场以制备出磁取向的石墨烯导热硅橡胶复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁取向的石墨烯导热硅橡胶复合材料的制备方法，以克服现有技术的不足，有效利用石墨烯超高的面内导热，从而形成高效的导热通路，实现理想的导热性能。