[发明专利]一种具有高垂直导热系数的柔性热界面材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，具体是指一种具有高垂直导热系数的热界面材料及其制备方法。本发明提供一种柔性热界面材料，所述热界面材料包括柔性高分子基体和球形导热填料，所述柔性热界面材料的微观结构呈现：在其厚度方向上存在1～2层规整排列的球形导热填料，少层数的球形导热填料构建了有效的导热通路。本发明所述制备的热界面材料制备方法简单，不需要用到有机溶剂和复杂的加工设备；并且本发明所述热界面材料具有突出的垂直导热系数，同时保持优异的柔韧性，优异的贴敷性。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体是指一种具有高垂直导热系数的热界面材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步和发展，电子封装、能源、汽车、航空航天和电机电器等领域对热界面材料的导热性能提出了更高的要求。热界面材料用作电子器件和散热器之间，通过填充界面间的间隙，降低界面热阻，最终起到提高传热效率的作用。商业的热界面材料是将高分子基体和导热填料共混制备的，填料在基体中是无序分布的，制备的热界面材料的垂直导热系数一般较低(0.5-3W/mK)。现有热界面材料的导热性能难以满足电子工业发展的需求。在实际应用中，高性能的热界面材料应该具有较高的垂直导热系数和优异的柔性。

现有技术中，具有较高膜内导热系数的热界面材料研究已经被成功制备。例如，膜内导热系数高达1940W/mK的石墨烯膜，膜内导热系数为120W/mK的聚乙烯醇/氮化硼复合膜和膜内导热系数为62W/mK的聚乙烯膜已被成功研制。然而，这些膜材料的垂直导热系数一般只有0.05-1W/mK，难以满足实际的热界面材料应用。

此外，具有高垂直导热系数的硬质材料也已经被成功制备，例如，垂直导热系数为13W/mK的石墨烯/碳化硅复合膜已经被成功研制。纯金属和纯陶瓷的垂直导热系数一般也超过5W/mK。然而，这些硬质导热材料不能应用作热界面材料，因为热界面材料是应用于电子器件和散热器之间，起到填充界面间的间隙的作用，因此需要热界面材料具有低的模量和优异的柔性。

基于此，研究并开发设计一种具高垂直导热系数的柔性热界面材料具有重要的意义。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种柔性热界面材料，该热界面材料具有较高的垂直导热系数，低的模量，优异的柔性以及优异的贴敷性。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种柔性热界面材料，所述热界面材料包括柔性高分子基体和球形导热填料，所述柔性热界面材料的微观结构呈现：在其厚度方向上存在1～2层规整排列的球形导热填料，少层数的球形导热填料构建了有效的导热通路。即所述柔性热界面材料任意断面的SEM结构呈现出：球形导热填料只有1～2层规整排列的结构。

进一步，所述柔性热界面材料中，热界面材料的厚度为球形导热填料直径的1～2倍。

进一步，所述柔性热界面材料中，所述柔性高分子基体选自：硅橡胶、氯化聚乙烯、乙丙橡胶、乙烯-辛烯无规共聚物、乙烯-丙烯无规共聚物或乙烯-辛烯嵌段共聚物中的一种。

进一步，所述柔性热界面材料中，所述球形导热填料选自Al₂O₃、金属铝、金属铜或金属银中的一种。

进一步，所述柔性热界面材料中，所述球形导热填料具有较窄的粒径分布，即具有相同直径填料的个数占填料总个数的比例≥95％。

进一步，所述柔性热界面材料中，所述二维导热填料为氮化硼、氮化硼纳米片、石墨烯、石墨、石墨烯纳米片或碳化硅中的一种。

进一步，所述柔性热界面材料中还包括二维导热填料，所述二维导热填料位于球形导热填料之间，并且其微观结构呈现为：与球形导热填料的接触面呈垂直取向结构；即二维导热填料垂直于球形导热填料的接触面并有一定的取向。