[发明专利]一种柔性电子生物质/聚酰亚胺基散热材料膜的制备及应用

说明书

本发明属于柔性电子产品领域，公开了一种高散热的柔性电子生物质/聚酰亚胺基散热材料膜的制备及应用。本发明选择木质素和聚酰亚胺制备生物质基石墨材料。利用木质素的高碳含量及其在有机溶剂中良好的分散性，将木质素加入到二酐和二胺单体聚合成的聚酰亚胺酸溶液中，在高温亚胺化阶段与聚酰亚胺酸交联以重建底物，再经碳化和石墨化处理得到生物质石墨散热膜。石墨膜表现出优异的散热性能(导热系数691.322W·msupgt;‑1/supgt;·℃supgt;‑1/supgt;)，良好的柔韧性，以及较低的密度(1.65g/cmsupgt;3/supgt;)，并且木质素的负载量高(最高可达30wt％)，能降低了复合石墨膜的成本。

技术领域

本发明属于柔性电子(Flexible Electronics,FE)领域，特别涉及一种高散 热的柔性电子生物质/聚酰亚胺基散热材料膜的制备及应用。

背景技术

几十年来，散热材料广泛被应用于消费电子及电子封装领域以保证设备的 良好运行。对于电子设备而言，散热膜可以使高功率电子器件快速冷却，保证 器件高速、高效运行，具有长期的可靠性。然而，随着电子设备尺寸的迅速减 小，集成密度和功率密度迅速升高，散热己经成为阻碍设备性能和可靠性的关 键问题，尤其是目前5G消费电子设备的高功率密度对器件的散热能力提出 了更大的挑战。其次，智能和柔性器件的兴起为开发柔性的散热材料带来了新 的难题。此外，石墨烯及石墨散热膜高昂的价格也使其只能应用于高端电子领 域，难以在中低端电子产品中得到应用。因此，研发具有高散热性能、低成本 的柔性轻质散热材料已成为消费电子领域的首要任务。

复合石墨散热膜是电子设备最常见的散热材料，由于其优异的导热性能、 柔韧性、可变形性、轻量化、可拆卸性和可观的价格而受到了广泛的研究。复 合石墨散热膜通常分为两类：1)将环氧树脂或合金作为填料，和石墨薄片直 接复合得到石墨复合散热材料；2)在二酐和二胺单体缩聚成聚酰亚胺阶段加 入填料，制备得到聚酰亚胺基复合石墨材料，再经碳化、石墨化烧制成石墨基 复合散热材料。第一类复合石墨散热膜通常是将树脂或金属涂覆在石墨表面， 通过热压固化成型的方法，使其渗入石墨片层中，制备得到复合石墨材料。但 这类材料都有一个共同的缺点，由于热压过程中取向无法控制，导致复合材料 面内织构的散热性能相差较大，因此难以得到广泛应用。石墨复合材料的散热 缺陷难以解决，不能满足散热材料最基础的均匀散热的要求。因此研究人员们 的研究重点转向了第二类复合石墨散热膜：聚酰亚胺基复合石墨膜。聚酰亚胺 基复合石墨膜是柔性电子散热材料近几年研究的热点，通常通过添加高碳材料 或催化剂到聚酰亚胺单体聚合阶段或聚酰亚胺酸溶液中，经亚胺化得到聚酰亚 胺基复合材料，再经碳化石墨化制备得到的。常见的高碳填料包括：氧化石墨 烯、氮化碳、碳纤维等。氧化石墨烯作为填料，制备得到的石墨基复合散热膜 具有优异的导热系数、低热膨胀率、面内和垂直方向的散热性能具有同向性， 但氧化石墨烯在聚酰亚胺酸中的分散性差，导致石墨膜机械性能较差。因此， 常见的预处理方法是对氧化石墨烯进行羧基化和氨基化改性，以提高其分散 性，但仍然难以解决石墨膜柔性差的问题。并且氧化石墨烯昂贵的价格也限制 了氧化石墨烯/聚酰亚胺石墨膜的生产及应用。其次，碳化硅、碳纳米管、氮 化碳也常作为填料增强聚酰亚胺石墨化，但纳米粒子极易团聚，通常也需要对 其进行硅烷化改性。此外，金属颗粒和吡啶对聚酰亚胺石墨化具有诱导和催化 作用，能使石墨化进程加快，从而节省高温烧制所需的能耗，但催化作用并不 能改善散热性能或柔韧性。因此，尽管聚酰亚胺基石墨散热膜有无可辩驳的优 点，但仍然不可避免地存在固有的机械柔性差、生产成本高昂等缺陷。因此， 如何制备高性能的柔性电子用聚酰亚胺基复合石墨膜，包括良好散热系数、良 好的柔性以及较低成本，仍然是一个挑战。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种柔 性电子生物质/聚酰亚胺基散热材料膜的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的柔性电子生物质/聚酰亚胺基散 热材料膜。

本发明再一目的在于提供上述柔性电子生物质/聚酰亚胺基散热材料膜在 电脑中央处理器(CPU)散热方面的应用。