[发明专利]一种高导热聚酰亚胺复合薄膜材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热聚酰亚胺复合薄膜材料的制备方法，将二维氮化硼纳米片和三维氮化硼空壳分别在含有表面改性剂的醇水溶液中浸润改性、过滤、干燥，获得表面改性的二维氮化硼纳米片和三维氮化硼空壳；将经表面改性的二维氮化硼纳米片和三维氮化硼空壳按一定配比加入聚酰亚胺前驱体—聚酰胺酸胶液中，经充分混合均匀、过滤、真空脱泡、涂覆成膜和高温亚胺化等工序，制备高面外导热率的聚酰亚胺复合薄膜。二维氮化硼纳米片和三维氮化硼空壳的复合添加，可在聚酰亚胺复合薄膜材料中构筑三维热传导通路，在改善聚酰亚胺薄膜面内导热率的同时，有效提高复合材料的面外导热率。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺复合薄膜制备技术领域，尤其涉及一种高导热聚酰亚胺复合薄膜材料的制备方法。

背景技术

电子产品的集成度、工作频率和功率密度不断提高，对其进行有效的热管理迫在眉睫。热管理的主要策略是通过导热材料将多余的能量从电子产品中转移到外界。与传统的热管理材料相比，具有高热导率的柔性导热薄膜作为新兴的候选材料，在下一代器件的热管理应用中显示出巨大的潜力。与各向同性导热材料相比，低厚度、高机械强度和优良柔韧性的导热薄膜在柔性散热片、可穿戴技术、个人热管理等热管理应用中表现出了巨大的潜力。

聚酰亚胺(polyimide，简称PI)是一类分子结构中含有酰亚胺基团的高分子化合物，其分子主链上含有的亚胺环由含二胺和二酐的化合物在非质子极性溶剂中缩聚而成。聚酰亚胺材料具有优异的热稳定性、良好的电绝缘性能，被称为“解决问题的能手”，已经发展出薄膜、复合材料、特种工程塑料、纤维、光刻胶等多种应用形式，在航空航天、电子电气、生物工程等领域有着广泛的应用。聚酰亚胺薄膜因其优异的力学性能、轻质、化学稳定性和易于制备等优点而成为散热材料的潜在应用领域。但是由于聚酰亚胺薄膜的固有导热率较低(约0.2W·m^-1·K^-1)，不能直接用作散热材料。目前，为了满足热管理领域的应用要求，通常在聚酰亚胺基体中加入无机材料，以提高其热导率。在众多无机填料中，二维氮化硼纳米片因其优异的导热性能(300～2000W·m^-1·K^-1)和绝缘性能(5.0～6.0eV带隙)而成为理想的填料，使其在聚酰亚胺复合薄膜材料领域具有广阔的应用前景。

然而，相对于样品的面内导热率，二维氮化硼纳米片填充的聚酰亚胺复合薄膜材料的面外导热率难以提高。查阅相关文献，为提高二维氮化硼纳米片填充聚酰亚胺复合薄膜材料的面外导热率，更好地适应特种电子元器件散热需求，主要通过无机导热粒子桥接(通过将0D、1D导热粒子化学还原/原位生长等手段沉积到BN表面，从而形成点-面、线-面等可桥接的异质结构)、三维网络骨架结构的构筑(如模板法、发泡法、构建凝胶网络和隔离结构等)。上述方法大多存在工艺复杂，且对导热率改善十分有限的不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中聚酰亚胺薄膜的面外热导率偏低，难以适用于特种电子元器件散热需求等问题，提供一种高导热聚酰亚胺复合薄膜材料的制备方法。该方法是将二维氮化硼纳米片和三维氮化硼空壳按一定配比加入聚酰亚胺前驱体—聚酰胺酸胶液中，经充分混合均匀、过滤、真空脱泡、涂覆成膜和高温亚胺化等工序，制备高面外导热率的聚酰亚胺复合薄膜。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种高导热聚酰亚胺复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将二维氮化硼纳米片和三维氮化硼空壳分别在含有表面改性剂的醇水溶液中浸润改性、过滤、干燥，获得表面改性的二维氮化硼纳米片和三维氮化硼空壳。

(2)采用二元酸酐和二元胺单体为原料，在极性非质子溶剂中通过溶液缩聚合成出聚酰亚胺前驱体—聚酰胺酸胶液。

(3)将步骤(1)所得经表面改性的二维氮化硼纳米片和三维氮化硼空壳按照质量配比(95～0)：(5～100)的比例加入至步骤(2)所得聚酰胺酸胶液，经搅拌分散、过滤和真空脱泡，得到稳定高品质的聚酰胺酸复合胶液，低温储存备用。