CN112048199A - 一种电脑主板散热涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电脑主板散热涂料及其制备方法，所述散热涂料主要由1重量份球形石墨烯、0.1‑0.5重量份氮化硼、0.05‑0.2重量份可石墨化高分子低聚物、1‑3重量份聚铝硅酸盐、0.1‑2重量份超支化碳硅烷以及0.03‑0.2重量份过氧化物交联剂组成。该散热涂料利用球形石墨烯的褶皱形结构，在高分子的凝聚结合作用下，在小分子无机粒子粒径尺度的配合下，在无机薄膜的辅助下，实现多级单向散热。本发明的散热涂料极大提高了散热效率，同时在辐射加热领域极大的减少了能源消耗；另外此涂料具有很好的电磁屏蔽效果，可以有效避免电子器件之间的干扰，非常适用于电脑主机散热。

Description

一种电脑主板散热涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米新材料技术领域，具体地涉及一种电脑主板散热涂料及其制备方法。
背景技术
随着技术的发展，设备高频高功率性能要求越来越高，因此对器件的界面散热性能需求越来越高。
目前，界面散热主要是高辐射材料表面散热，例如纯碳化硅、碳管等。但是其辐射率已经达到了常规散热极限(红外辐射率95％)。为了进一步增强散热，热传导热对流等散热原理必须引入并良好的应用。
但是电脑主板的散热又很特别，其热源为点热源，因此散热效果较差，其散热的关键是将点热源变成面热源。其次，电子器件工作需要良好的电磁屏蔽要求，从而避免电路之间的相互干扰，再有，主板也需要散热材料耐空气老化以及防水等要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种电脑主板散热涂料及其制备方法，通过本发明方法制备得到的散热涂料具有多级散热结构，并通过合理设计材料堆叠结构实现了单项散热，为界面材料温度的降低提供了可行的方案。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种电脑主板散热涂料，所述散热涂料的原料按重量份计包括：1份无缺陷球形石墨烯、0.1-0.5份氮化硼、0.05-0.2份可石墨化高分子低聚物、1-3份聚铝硅酸盐、0.1-2份超支化碳硅烷以及0.03-0.2份过氧化物交联剂。所述散热涂料的成型结构具体为：在电脑主板表面上以氮化硼为热转换层，聚铝硅酸盐层作为底层，碳化硅层作为中间层，石墨化高分子低聚物层作为上层，球形石墨烯贯穿三层结构。
进一步地，所述球形石墨烯是由浓度为0.1mg/mL-1mg/mL的氧化石墨烯溶液喷雾而成，并经过化学还原和热还原制备得到，所述球形石墨烯的ID/IG值小于0.05，且其尺度为0.2-5μm，壁厚小于4个原子层。所述热还原的方法具体为：在0-250℃下，升温速度小于5℃/min，控制保温0.5-2h；然后升温到500℃，升温速度小于5℃/min，控温保持1-2h；然后升温到2800-3000℃，升温速度小于5℃/min，控温保持1-2h。
进一步地，所述石墨化高分子低聚物的种类选自聚酰亚胺、沥青、聚丙烯腈等，分子量为2000-10000。
进一步地，所述超支化碳硅烷的分子量小于10000，支化度为1.1-2。
进一步地，所述过氧化物交联剂为有机过氧化物交联剂；所述有机过氧化物交联剂包括但不限于：过氧化二异丙苯、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸、2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷。
进一步地，所述聚铝硅酸盐为长石(K2O·Al2O3·6SiO2)、云母(K2O·2Al2O3·6SiO2·2H2O)、高岭土(Al2O3·2SiO2·22H2O)、沸石(Na2O·Al2O3·3SiO2·22H2O)或石榴石(3CaO·Al2O3·3SiO2)。
本发明还提供了一种电脑主板散热涂料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将氮化硼喷涂在电脑主板上，升温到500℃进行固化，维持1min，升温速率100℃/min。
(2)将球形石墨烯、可石墨化高分子低聚物、聚铝硅酸盐、超支化碳硅烷以及过氧化物交联剂混合均匀，得到混合涂料。
(3)将步骤2获得的混合涂料离心喷涂于步骤1处理后的电脑主板上，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为60-120℃，时间为1-6h。
(4)随后进行微波或高温加热定型，得到电脑主板散热涂料。
进一步地，所述离心的离心力范围为2000-10000rcf。
进一步地，步骤4进行微波或高温加热定型的具体方法为：在0-250℃下，升温速度小于5℃/min，控制保温0.5-2h；然后升温到300℃，升温速度小于3℃/min，控温保持1-2h；然后瞬态升温到600℃，控温保持1-10min。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：其一，本发明利用离心喷涂的方式，根据材料密度不同实现了涂层材料的层层定向组装，并最终实现了单项散热；其二，合理调控球形石墨烯和其他辅料的比例，实现了多级多维度散热结构的结合。其中碳化硅起到增强界面，增加辐射的作用；可碳化纳米薄膜链接球形石墨烯和碳化硅；球形石墨烯有三个作用：其一，将热从界面引导而出，到高比表面积球形石墨烯上，其二，球形石墨烯具有高辐射率，极大增强碳化硅的辐射效果，其三，球形石墨烯表面具有缺陷态结构，可以和气体具有良好的热对流作用，进一步增强材料界面散热。其四，氮化硼的高导热作用，使得主板的单点散热，变成了面散热，极大的增强了散热效率。另外瞬态升温是的涂料完美融化，同时，瞬态的高温不会损伤主板。最后材料多级结构的存在，特别是氮化硼铝硅酸盐的隔绝作用存在，没有影响到主板的导电性能，但是超低缺陷的石墨烯褶皱微球的存在起到了良好的电磁屏蔽效果，避免了电路的串扰，增加了主板使用的稳定性。
具体实施方式
为了使本发明的目的和效果变得更加明白，下面结合具体实施例进一步详述本发明。
实施例1
本发明提供了一种电脑主板散热涂料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将0.1重量份氮化硼喷涂在电脑主板上，升温到500℃进行固化，维持1min，升温速率100℃/min。
(2)将浓度为0.01mg/mL的氧化石墨烯溶液在200℃下进行喷雾处理，并经过HI在80℃下还原8h，随后进行热还原，在0℃下，升温速度为4.8℃/min，控制保温0.5h；然后升温到500℃，升温速度为4℃/min，控温保持1h；然后升温到3000℃，升温速度为4℃/min，控温保持2h，制备得到球形石墨烯。
经扫描电镜检测证明最终获得球形石墨烯，经拉曼检测检测，该球形石墨烯的ID/IG值为0.03，且其尺度为0.2μm,球形石墨烯壁厚为2个原子层。
(3)取上述1重量份球形石墨烯和0.05重量份分子量为2000的聚酰亚胺、1重量份长石纳米粉、0.1重量份分子量为9800、支化度为1.1的超支化碳硅烷以及0.03重量份过氧化二异丙苯混合均匀，得到混合涂料。
(4)将步骤(3)获得的混合涂料离心喷涂于步骤(1)处理后的电脑主板上，设置离心的离心力为2100rcf，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为60℃，时间为6h。
(5)随后采用微波加热定型工艺:在250℃下，升温速度为4℃/min，控制保温0.5h；然后升温到300℃，升温速度为3℃/min，控温保持1h；然后瞬态升温到600度，保持1min，得到散热涂层。
上述方法制备得到的散热涂料的结构具体为：以氮化硼为热转换层，将点热源转化成面热源，扩大散热面；聚硅酸盐层作为底层的白色反射和热量输入层；碳化硅层作为中间层的红外辐射层，是主要的辐射层，粗糙的表面积加上高辐射率(95％)，极大的提高了辐射散热效率；聚合物层作为上层用于链接碳化硅和球形石墨烯；球形石墨烯贯穿三层结构作为外层辐射层，其比表面积巨大，辐射率高达98％，极大提高了红外辐射散热，同时高比表面积缺陷态石墨烯具有极好的热传导效果，可以和外界气体形成极好的热对流界面，增强散热，最终形成电脑主板高效散热涂料。
经热成像仪检测，全功率工作状态下，涂敷有该涂料的电脑主板最高温度显示为50℃，而没有涂敷有该涂料的电脑主板最高温度显示为70℃。因此，该电脑主板散热涂料可广泛应用于电脑主板温度均匀化，可以用于高热界面材料极速散热。另外，将此涂敷有涂层的电脑主板进行电磁屏蔽测试，发现其屏蔽效果为20db，满足常规电路要求。
实施例2
一种电脑主板散热涂料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将0.5重量份氮化硼喷涂在主板上，升温到500℃进行固化，维持1min，升温速率100℃/min。
(2)将浓度为1mg/mL氧化石墨烯溶液在180℃下进行喷雾处理，并经过HI在100℃下还原2h，随后进行热还原处理：在250℃下，升温速度为3℃/min，控制保温2h；然后升温到500℃，升温速度为4℃/min，控温保持2h；然后升温到2800℃，升温速度为4.5℃/min，控温保持1h，制备得到球形石墨烯。
经SEM检测证明最终获得球形高褶皱石墨烯，经拉曼检测，该球形石墨烯的ID/IG值为0.01，且其尺度为5μm,球形石墨烯壁厚为4个原子层。
(3)取上述1重量份球形石墨烯和0.1重量份分子量为10000的沥青、3重量份云母纳米粉、2重量份分子量为8000、支化度为2的超支化碳硅烷以及0.2重量份过氧化苯甲酸混合均匀，得到混合涂料。
(4)将步骤(3)获得的混合涂料离心喷涂于步骤(1)处理后的电脑主板上，设置离心的离心力为10000rcf，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为120℃，时间为3h。
(5)随后采用高温加热定型工艺：在0℃下，升温速度为4℃/min，控制保温2h；然后升温到300℃，升温速度为3℃/min，控温保持2h；然后然后瞬态升温到600度，控温保持10min，得到散热涂料。
经热成像仪检测，全功率工作状态下，涂敷有该涂料的电脑主板最高温度显示为52℃，而没有涂敷有该涂料的电脑主板最高温度显示为73℃。因此，该电脑主板散热涂料可广泛应用于电脑主板温度均匀化，可以用于高热界面材料极速散热。另外，将此涂敷有涂层的电脑主板进行电磁屏蔽测试，发现其屏蔽效果为21db，满足常规电路要求。
实施例3
一种电脑主板散热涂料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将0.3重量份氮化硼喷涂在主板上，升温到500℃进行固化，维持1min，升温速率100℃/min。
(2)将浓度为0.1mg/mL的氧化石墨烯在220℃下进行喷雾处理，并经过HI在90℃下还原4h，随后进行热还原：在250℃下，升温速度为4℃/min，控制保温2h；然后升温到500℃，升温速度为3℃/min，控温保持2h；然后升温到2900℃，升温速度位4.8℃/min，控温保持1.2h，制备得到球形石墨烯。
经SEM检测证明最终获得多褶皱球形石墨烯，经拉曼检测，该球形石墨烯的ID/IG值为0.03，且其尺度为1μm,球形石墨烯壁厚为3个原子层。
(3)取上述1重量份球形石墨烯和0.2重量份分子量为10000的聚丙烯腈、1重量份高岭土纳米粉、1重量份分子量为8000、支化度为1.6的超支化碳硅烷以及0.05重量份2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷混合均匀，得到混合涂料。
(4)将步骤(3)获得的混合涂料离心喷涂于步骤(1)处理后的电脑主板上，设置离心的离心力为4000rcf，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为120℃，时间为2h。
(5)随后采用高温加热定型工艺：在250℃下，升温速度为2℃/min，控制保温1h；然后升温到300℃，升温速度为4.5℃/min，控温保持2h；然后然后瞬态升温到600度，控温保持5min，得到散热涂料。
经热成像仪检测，全功率工作状态下，涂敷有该涂料的电脑主板最高温度显示为47℃，而没有涂敷有该涂料的电脑主板最高温度显示为69℃。因此，该电脑主板散热涂料可广泛应用于电脑主板温度均匀化，可以用于高热界面材料极速散热。另外，将此涂敷有涂层的电脑主板进行电磁屏蔽测试，发现其屏蔽效果为19db，满足常规电路要求。
实施例4
一种电脑主板散热涂料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将0.5重量份氮化硼喷涂在电脑主板上，升温到500℃进行固化，维持1min，升温速率100℃/min。
(2)将浓度为0.4mg/mL的氧化石墨烯在300℃下进行喷雾处理，并经过HI在90℃下还原5h，随后进行热还原：在200℃下，升温速度位4℃/min，控制保温0.5h；然后升温到500℃，升温速度为4℃/min，控温保持1h；然后升温到3000℃，升温速度为4℃/min，控温保持1.5h，制备得到球形石墨烯。
经SEM检测证明最终获得多褶皱球形石墨烯，经拉曼检测，该球形石墨烯的ID/IG值为0.03，且其尺度为2μm,球形石墨烯壁厚为3-4个原子层。
(3)取上述1重量份球形石墨烯和0.05重量份分子量为5000的聚丙烯腈、1重量份石榴石纳米粉、1重量份分子量为8000、支化度为1.8的超支化碳硅烷以及0.1重量份过氧化甲乙酮混合均匀，得到混合涂料。
(4)将步骤(3)获得的混合涂料离心喷涂于步骤(1)处理后的电脑主板上，设置离心的离心力为6000rcf，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为80℃，时间为4h。
(5)随后采用高温加热定型工艺：在250℃下，升温速度为4℃/min，控制保温1h；然后升温到300℃，升温速度为3℃/min，控温保持1h；然后瞬态升温到600度，控温保持8min，得到散热涂料。
经热成像仪检测，全功率工作状态下，涂敷有该涂料的电脑主板最高温度显示为54℃，而没有涂敷有该涂料的电脑主板最高温度显示为76℃。因此，该电脑主板散热涂料可广泛应用于电脑主板温度均匀化，可以用于高热界面材料极速散热。另外，将此涂敷有涂层的电脑主板进行电磁屏蔽测试，发现其屏蔽效果为18db，满足常规电路要求。
对比例
(1)将0.5重量份氮化硼喷涂在主板上，升温到500℃进行固化，维持1min，升温速率100℃/min。
(2)取上述0.1重量份分子量为10000的聚丙烯腈、1重量份高岭土纳米粉、1重量份分子量为8000、支化度为1.6的超支化碳硅烷以及0.1重量份2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷混合均匀，得到混合涂料。
(3)将步骤(1)获得的混合涂料离心喷涂于步骤(1)的电脑主板上，设置离心的离心力为4000rcf，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为120℃，时间为2h。
(4)随后采用高温加热定型工艺：在250℃下，升温速度为2℃/min，控制保温1h；然后升温到300℃，升温速度为4.5℃/min，控温保持2h；然后瞬态升温到600度，控温保持5min，得到散热涂料。
上述方法制备得到的散热涂料的结构具体为：以氮化硼为热转换层，将点热源变成面热源；聚硅酸盐层作为底层的白色反射和热量输入层；碳化硅层作为中间层的红外辐射层，是主要的辐射层，粗糙的表面积加上高辐射率(95％)，极大的提高了辐射散热效率；聚合物层作为上层用于链接碳化硅和气体界面；最终形成单项高效散热涂料。
经热成像仪检测，全功率工作状态下，涂敷有该涂料的电脑主板最高温度显示为47℃，而没有石墨烯微球的涂料涂敷的电脑主板最高温度显示为61℃，具有一定的散热效果，但是因为没有加入球形石墨烯的原因，减少了球形石墨烯的热传导和热对流，没有形成多级散热体系，因此其散热速度相对较差。同时，电磁屏蔽效果只有3db，防护能力极差。

Claims (9)

1.一种电脑主板散热涂料，其特征在于，所述散热涂料的原料按重量份计包括：1份无缺陷球形石墨烯、0.1-0.5份氮化硼、0.05-0.2份可石墨化高分子低聚物、1-3份聚铝硅酸盐、0.1-2份超支化碳硅烷以及0.03-0.2份过氧化物交联剂。所述散热涂料的成型结构具体为：在电脑主板表面上以氮化硼为热转换层，聚铝硅酸盐层作为底层，碳化硅层作为中间层，石墨化高分子低聚物层作为上层，球形石墨烯贯穿三层结构。
2.根据权利要求1所述电脑主板散热涂料，其特征在于，所述球形石墨烯是由浓度为0.1mg/mL-1mg/mL的氧化石墨烯溶液喷雾而成，并经过化学还原和热还原制备得到，所述球形石墨烯的ID/IG值小于0.05，且其尺度为0.2-5μm，壁厚小于4个原子层。所述热还原的方法具体为：在0-250℃下，升温速度小于5℃/min，控制保温0.5-2h；然后升温到500℃，升温速度小于5℃/min，控温保持1-2h；然后升温到2800-3000℃，升温速度小于5℃/min，控温保持1-2h。
3.根据权利要求1所述电脑主板散热涂料，其特征在于，所述石墨化高分子低聚物的种类选自聚酰亚胺、沥青、聚丙烯腈等，分子量为2000-10000。
4.根据权利要求1所述电脑主板散热涂料，其特征在于，所述超支化碳硅烷的分子量小于10000，支化度为1.1-2。
5.根据权利要求1所述电脑主板散热涂料，其特征在于，所述过氧化物交联剂为有机过氧化物交联剂；所述有机过氧化物交联剂包括但不限于：过氧化二异丙苯、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸、2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷。
6.根据权利要求1所述电脑主板散热涂料，其特征在于，所述聚铝硅酸盐为长石(K2O·Al2O3·6SiO2)、云母(K2O·2Al2O3·6SiO2·2H2O)、高岭土(Al2O3·2SiO2·22H2O)、沸石(Na2O·Al2O3·3SiO2·22H2O)或石榴石(3CaO·Al2O3·3SiO2)。
7.一种权利要求1所述电脑主板散热涂料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)将氮化硼喷涂在电脑主板上，升温到500℃进行固化，维持1min，升温速率100℃/min。
(2)将球形石墨烯、可石墨化高分子低聚物、聚铝硅酸盐、超支化碳硅烷以及过氧化物交联剂混合均匀，得到混合涂料。
(3)将步骤2获得的混合涂料离心喷涂于步骤1处理后的电脑主板上，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为60-120℃，时间为1-6h。
(4)随后进行微波或高温加热定型，得到电脑主板散热涂料。
8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述离心的离心力范围为2000-10000rcf。
9.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，步骤4进行微波或高温加热定型的具体方法为：在0-250℃下，升温速度小于5℃/min，控制保温0.5-2h；然后升温到300℃，升温速度小于3℃/min，控温保持1-2h；然后瞬态升温到600℃，控温保持1-10min。
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