[发明专利]一种复合导热材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合导热材料及其制备方法，复合导热材料包括聚合物基体，以及嵌入聚合物基体内部的碳纳米纤维布，所述碳纳米纤维布沿着复合导热材料延展方向的垂直方向呈波浪状，所述碳纳米纤维布通过静电纺丝薄膜煅烧后获得碳纳米纤维布。采用静电纺丝制备的碳纳米纤维与金属纳米颗粒结合，通过简单的低温烧结过程，形成包覆型的碳纳米纤维，它们共同构成了交联的导热骨架，与聚合物基体复合制成一种高导热材料。

技术领域

本发明涉及导热材料领域，具体公开了一种复合导热材料及其制备方法。

背景技术

现代电子设备的小型化和功率密度的增加对热管理提出了更高和更严格的要求。由于电子器件消耗的功率密度达到1000W cm^-2以上，人们普遍认为，这些器件的进一步发展的限制因素不是硬件本身，而是有效热管理材料的开发。有效的散热已经成为电子设备性能和可靠性的关键问题。遗憾的是，传统的热界面材料具有较低的导热系数，通常在0.1～0.5W m^-1K^-1范围内，低固有导热率显着限制了它们在热管理中的适用性。因此，将聚合物的优点与填料的高导热性相结合的复合材料被认为是理想的解决方案。通常，用于改善热管理性能的典型方法是添加无机填料，例如金属颗粒，陶瓷和碳材料(碳纳米管、石墨烯等)。迄今为止，已经进行了许多努力来增加复合材料中填料的导热性。大量添加无机填料不仅增加了成本，而且严重损害了其他重要性能，尤其是机械性能。因此，希望尽可能地保持由填料引起的导热性增强，以保持复合材料的机械性能和电绝缘性能。典型的方法包括自组装，抽滤法和冰模板取向等形成三维互连结构。

自组装法：在无外界干扰的情况下，复杂体系能自发地将体系中的分子组装成有序的结构，能够有效设计为具有特定物理和化学特性的、高度有序结构的复合材料。自组装技术简便易行，无须特殊装置，通常以水为溶剂，具有沉积过程和膜结构分子级控制的优点。可以利用连续沉积不同组分，制备膜层间二维甚至三维比较有序的结构，实现膜的光、电、磁等功能，还可模拟生物膜，因此，近年来受到广泛的重视。但是，自组装法主要依靠静电相互作用、氢键作用等，稳定性比较差，在有些溶剂作用下容易破坏其结构，影响导热性能。

抽滤法是以真空负压为推动力实现固液分离，将在溶剂中分散均匀的纳米片状材料抽滤成膜。但是抽滤法并不适用于一些难以在蒸馏水或者有机溶剂中均匀分散的材料。目前面临的问题是真空抽滤所得到的膜机械强度不高，虽然能够有效的增强面内热导率，但是膜的面外热导率却极低，这对于电子器件散热并不能起到明显的作用，无法达到理想的散热效果。

冰模板法：利用温度梯度来影响和控制冰冻基元的运动过程，首先将反应前驱体(冰冻基元)溶解或分散在水中，再将装有溶液(悬浮液)的模具放置在冷台上进行定向冷冻。将温度降低到体系的冰点以下，溶剂水首先在冰冻表面结晶成核，进而沿着温度梯度的方向定向生长，形成取向结构的冰晶。同时，溶质被冰晶所排斥、逼近，后压缩在冰晶之间。之后，通过冷冻干燥除去冰晶，就得到了以冰晶为模扳的，具有取向结构的材料。但是，处理冰模板法制备的材料，温度条件比较严苛，冰晶在冷冻干燥过程中一旦融化，取向的结构就将被破坏，且实验周期长，冷冻干燥需48小时左右。

高电场静电纺丝也是一种从溶液中制备聚合物纤维的简单而有效的方法，可以构建高纵横比和对齐的聚合物或纳米复合纤维。因此，静电纺丝也已成为构建高导热网络结构的有效方法。

发明内容

为了解决面外热导率低的问题，本发明的目的是在静电纺丝取向纤维的基础上，结合低温烧结的银纳米颗粒，提供制备一种碳纳米纤维/银/环氧树脂导热复合材料的方法，提升复合材料的导热等性能。

本发明一个方面提供了一种复合导热材料，其包括聚合物基体，以及嵌入聚合物基体内部的碳纳米纤维布，所述碳纳米纤维布沿着复合导热材料延展方向的垂直方向呈波浪状，所述碳纳米纤维布通过静电纺丝薄膜煅烧后获得碳纳米纤维布。

在本发明的技术方案中，所述碳纳米纤维布包括金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒通过电化学沉积法、光化学沉积法或者室温搅拌法将金属纳米颗粒固定在碳纳米纤维布上。