[发明专利]一种向列相液晶取向凯夫拉/碳化硅复合导热膜及其制备方法和在电子器件热管理中的应用

说明书

本发明公开了一种向列相液晶取向凯夫拉/碳化硅复合导热膜及其制备方法和在电子器件热管理中的应用，首先将碳化硅纳米线导热填料与凯夫拉溶质液晶均匀混合，通过刮涂方式实现碳化硅纳米线和凯夫拉溶质液晶形成一致的向列相液晶取向结构，再经液‑固相分离和热压制备出向列相液晶取向的凯夫拉/碳化硅复合导热膜。本发明制备的复合导热膜具有良好的柔性、热稳定性、抗张强度、疏水性、阻燃性；碳化硅纳米线和凯夫拉基体的一致向列相液晶取向结构有效抑制了由导热填料和基体间的界面热阻和导热填料间的接触热阻产生的声子散射，构建了良好的导热路径，赋予复合导热膜较高的热导率，在大功率、高集成度电子器件散热方面应用前景广阔。

技术领域

本发明属于热界面材料制备技术领域，具体涉及一种向列相液晶取向凯夫拉 /碳化硅复合导热膜及其制备方法和在电子器件热管理中的应用。

背景技术

随着电子器件体积的小型化和功率密度的不断增加，热管理成为当今科学家迫切而重要的研究领域。在众多的热管理策略中，设计和制备具有优良导热性和阻燃性的热界面材料是保持电子器件可靠性和延长其使用寿命的有效策略。在电子器件的热管理中，柔性高分子材料因其加工性能好、重量轻、成本低而被广泛应用。在各种聚合物中，凯夫拉具有优异的高强度、高模量、热稳定性、电气绝缘性和阻燃性，是最佳候选材料之一。然而，由于凯夫拉的导热性能一直不理想，限制了其在热管理领域的进一步应用。

从热传导的角度来看，导热填料是主要的导热介质，可形成传热路径。导热填料包括碳基填料(石墨烯、碳纳米管、碳纤维、炭黑、膨胀石墨)、金属(铜、银)、陶瓷(氮化硼、碳化硅、氮化铝、氧化铝)及其混合导热填料，被广泛用于提高聚合物的导热性能。在电子器件的应用中，绝缘的陶瓷是提高凯夫拉导热的优选填料。然而，从理论上讲，陶瓷(1-2000W m^-1K^-1)的导热系数低于碳基填料如石墨烯(5300W m^-1K^-1)和碳纳米管(3500W m^-1K^-1)等，因此，还需要调整陶瓷导热填料的微观结构以获得优良的导热性能。凯夫拉是一种主链液晶聚合物，其分子链段的排列是取向有序的。当陶瓷导热填料具有和凯夫拉一致的向列相液晶取向结构时，填料-聚合物基质之间的界面热阻、填料-填料之间的接触热阻可以被有效减少，从而提高导热性能。碳化硅具有高导热性、阻燃性能和超疏水特性，是一种优秀的陶瓷导热填料。因此，以碳化硅作为导热填料，调节碳化硅的取向分布，使其与凯夫拉基质具有一致的向列相液晶取向，将有望构建高导热复合膜材料，实现其在高集成度和大功率电子器件中的热管理应用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种向列相液晶取向凯夫拉/碳化硅复合导热膜的制备方法，步骤简单，操作方便。

本发明的目的之二在于提供由上述制备方法制得的向列相液晶取向凯夫拉/ 碳化硅复合导热膜，碳化硅导热填料与凯夫拉基质具有一致的向列相液晶取向，具有优异的导热性能。

本发明的目的之三在于提供上述向列相液晶取向凯夫拉/碳化硅复合导热膜在电子器件热管理中的应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种向列相液晶取向凯夫拉/碳化硅复合导热膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照凯夫拉纤维、碳化硅纳米线和浓硫酸的质量比30:3～12:1000，分别称量凯夫拉原料、碳化硅纳米线和浓硫酸，先将碳化硅纳米线置于浓硫酸中，超声分散均匀，在加热条件下再将凯夫拉纤维溶解其中，获得凯夫拉/碳化硅的溶质液晶混合物；

(2)采用刮涂的方法将步骤(1)得到的溶质液晶混合物均匀涂覆在玻璃板上，诱导实现凯夫拉和碳化硅纳米线形成一致的向列相液晶取向结构；

(3)将涂覆有凯夫拉/碳化硅溶质液晶混合物的玻璃板迅速放入水中，经过多次的液-固相分离，形成具有向列相液晶取向的凯夫拉/碳化硅复合膜；