[发明专利]桥式一维/二维液晶取向的芳纶/石墨/碳化硅复合导热膜的制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种桥式一维/二维液晶取向的芳纶/石墨/碳化硅复合导热膜的制备方法与应用。首先将一维碳化硅纳米线、二维石墨片按照一定比列均匀分散在芳纶液晶基质中，通过机械剪切诱导一维碳化硅纳米线、二维石墨在芳纶液晶基体中形成桥式液晶导热网络，制备出桥式一维/二维液晶取向的芳纶/石墨/碳化硅复合导热膜。本发明制备的复合导热膜具有适合大规模生产的便捷性和良好的可折叠性、耐热性、绝缘性和阻燃性；桥式一维/二维液晶取向导热网络形成连续有序的导热路径，有效填补了导热填料间的空隙，赋予复合导热膜较高的面内热导率，在手机CPU等电子器件散热方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于热界面材料制备技术领域，具体涉及桥式一维/二维液晶取向的芳纶/石墨/碳化硅复合导热膜的制备方法与应用。

背景技术

随着电子器件微型化、集成化和功率密度的迅速激增，开发具有高导热性和阻燃性的热界面材料是保证电子器件运行稳定性、可靠性的有效策略。在电子器件热管理中，柔性聚合物基热界面材料具有易加工、质量轻、耐腐蚀的优点而被广泛使用。其中，凯夫拉因其具有液晶序构、高强度、高模量、阻燃性而被认为是构建高性能热界面材料的理想基质之一。

将导热填料以液晶有序排列的方式引入热界面材料基质中，可以充分利用填料的导热各向异性，有效抑制填料在液晶取向方向上的声子散射。具有液晶取向有序排列的导热填料可以作为传热的“高速公路”，实现高效的声子导热，但由于填料间的间隙，导致热传导路径不连续，导热能力仍然受到影响。桥接多维导热填料可以有效地构建连续的导热通道。例如，零维或一维导热填料桥接二维导热填料可以形成连续的“点-面”或“线-面”导热路径，增加填料之间的桥接面积。因此，在液晶基体中构建连续有序的桥式一维/二维液晶取向导热网络，将有望构建高导热芳纶基热界面材料，实现在电子器件热管理中的实际应用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种桥式一维/二维液晶取向的芳纶/石墨/碳化硅复合导热膜的制备方法。

本发明的目的之二在于提供由上述制备方法制得的桥式一维/二维液晶取向的芳纶/石墨/碳化硅复合导热膜，具有优异的可折叠性、耐热性、绝缘性、阻燃性和高导热性能。

本发明的目的之三在于提供上述桥式一维/二维液晶取向的芳纶/石墨/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，本发明提供一种桥式一维/二维液晶取向的芳纶/石墨/碳化硅复合导热膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)分别称取导热填料一维碳化硅纳米线和导热填料二维石墨片，在超声条件下均匀分散在浓硫酸中获得分散液Ⅰ；

(2)在10℃～25℃条件下将芳纶溶解在浓硫酸中获得液晶溶液Ⅱ；；

(3)将分散液Ⅰ和液晶溶液Ⅱ充分均匀混合，获得芳纶/石墨/碳化硅的液晶混合物Ⅲ，采用机械剪切方式将液晶混合物Ⅲ均匀涂覆于玻璃基板，实现碳化硅和石墨形成桥式一维/二维液晶取向导热网络；

(4)将涂覆有液晶混合物Ⅲ的玻璃基板迅速放入反向溶剂中，经反相分离，获得具有桥式一维/二维液晶取向的芳纶/石墨/碳化硅复合导热膜。

优选地，步骤(1)中导热填料和浓硫酸的质量比为20：500，导热填料中一维碳化硅纳米线和二维石墨片的质量比为0-8：10-2。

优选地，步骤(1)中所述二维石墨片的碳含量≥99wt％，氧含量≤0.01wt％，石墨薄片直径为10±0.5μm，一维碳化硅纳米线的纯度是98％，直径是100nm～600nm，长度是50μm～100μm。

优选地，步骤(2)中所述芳纶是采用对苯二胺与对苯二甲酰氯缩合聚合而成的全对位聚芳酰胺。

优选地，步骤(2)中所述芳纶和浓硫酸的质量比为30：500。