CN113754925B - 一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本申请涉及导热绝缘填料制备技术领域，尤其是一种绝缘基材‑碳纳米管杂化材料及其制备方法和用途。一种绝缘基材‑碳纳米管杂化材料，包括作为基材的导热绝缘基材、连接材料和碳纳米管（CNTs），连接材料将导热绝缘基材和CNTs连接在一起；导热绝缘基材和CNTs的连接材料为纳米银烧结体。本申请作为填料应用于导热绝缘环氧树脂组合物及其固化物，本申请中制备的绝缘基材‑碳纳米管杂化材料在环氧树脂组合物中易相互搭接形成导热通路，同时由于连接在基材表面的CNTs被导热绝缘基材隔断而互不相连，复合体系仍然保持良好的电绝缘性，可用于各类电气绝缘和电子封装材料。

Description

一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料及其制备方法和用途
技术领域
本申请涉及导热绝缘填料制备技术领域，尤其是涉及一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料及其制备方法和用途。
背景技术
绝缘材料是电气设备的关键基础材料，其性能直接影响设备运行的可靠性和使用寿命。电气设备运行过程中，由于电流热效应产生的热量必须通过绝缘层及时向外传导或散发出去，否则会导致温度升高，影响工作稳定性，严重时甚至发生故障或事故。现代电气设备趋于向高功率、小体积、轻量化方向发展，这种趋势的结果便是在有限的体积内产生了更多的热量，这些热量如果不能及时散失，将会严重影响设备运行的可靠性与稳定性。采用高导热绝缘材料是解决电气设备结构散热问题的最有效途径。环氧树脂在电气绝缘中的应用最为广泛，但纯环氧树脂材料的导热系数低(约0.20W(m·K)-1)，越来越难以满足现代电气电子设备及时高效的散热要求，成为电气电子产业发展的主要技术瓶颈之一。
填充型导热绝缘环氧树脂制备工艺简单、生产成本较低，因此得到了广泛应用。常用的导热绝缘填料有氧化铝(Al2O3)、氮化硼(BN)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)等。Al2O3因其优良的电绝缘性和较高的导热系数、低廉的价格而广泛应用于电气绝缘材料。Al2O3，尤其是球形Al2O3分散到环氧树脂中，由于剪切阻力小，可以实现高填充，较低粘度。尽管Al2O3具有较高的热导率(33-36W(m·K)-1)，但实际上Al2O3填充环氧树脂的热导率提高却十分有限。例如：当填料体积含量为50％时，Al2O3/环氧树脂复合材料的导热系数约为1.30W(m·K)-1，仅为纯Al2O3的3.5％-4.0％，填料的高热导率优势未能充分发挥。BN的导热系数高达280W(m·K)-1，但BN填充环氧树脂热导率的提高也十分有限。例如：当填料体积含量为15％时，BN/环氧树脂复合材料的导热系数在0.90W(m·K)-1左右，还不到纯BN的0.4％，并未体现出BN的高热导率优势。Al2O3、BN填充环氧树脂复合材料的热导率提高有限，其主要原因是导热填料被基体隔离，不能相互连接而形成有效的导热通路。
碳纳米管(CNTs)具有极高的热导率和高长径比，易于在聚合物基体中相互连接形成导热通路，在较低含量下便可显著提高聚合物热导率，是改善聚合物热导率的理想填料。但CNTs具有极高的电导率，不适合在绝缘导热场合使用。并且，CNTs比表面积大，表面能高，在聚合物基体中极易发生团聚，导致其对聚合物的改性效果不理想。
发明内容
针对上述相关技术存在的问题，本申请提供了一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料及其制备方法和用途。
第一方面，本申请提供的一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料，是通过以下技术方案得以实现的：
一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料，包括作为基材的导热绝缘基材、连接材料和碳纳米管(CNTs)，连接材料将导热绝缘基材和CNTs连接在一起；导热绝缘基材和CNTs的连接材料为纳米银烧结体。
通过采用上述技术方案，本申请中的绝缘基材-碳纳米管杂化材料在环氧树脂组合物中易相互搭接形成导热通路，同时由于连接在基材表面的CNTs被导热绝缘基材隔断而互不相连，复合体系仍然保持良好的电绝缘性，可用于各类电气绝缘和电子封装材料。
优选的，所述导热绝缘基材为α-氧化铝(Al2O3)。
优选的，所述导热绝缘基材为氮化硼(BN)。
通过采用上述技术方案，可制备得到Al2O3-碳纳米管杂化材料和BN-碳纳米管杂化材料，作为填料运用于环氧树脂体系中，可明显改善环氧树脂固化物的导热率，且仍然保持良好的电绝缘性，在电气绝缘材料领域和电子封装材料领域有着广泛的运用前景。
第二方面，本申请提供的一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料的制备方法，是通过以下技术方案得以实现的：
一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MI)、醋酸银(AgAc)溶解于二氯甲烷，制得Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液；
步骤二，在步骤一所得Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、CNTs，超声分散1-4小时后加入导热绝缘基材，再进行0.2-1h的超声分散；
步骤三，将步骤二所得分散液减压蒸馏去除二氯甲烷后，将固体物进行高温烧结处理，高温烧结温度为200-220℃；
步骤四，将步骤三所得固体物粉碎后，分散于乙醇，研磨，过滤，干燥，得导热绝缘基材-CNTs杂化材料。
优选的，所述步骤一中2-乙基-4-甲基咪唑2E4MI的用量为0.02mol；醋酸银AgAc的用量为0.01mol；二氯甲烷的用量400mL。
优选的，当导热绝缘基材为α-氧化铝(Al2O3)，所述步骤二中α-氧化铝(Al2O3)用量为50g；CNTs和PVP的用量均为0.5克。
优选的，当导热绝缘基材为氮化硼(BN)，所述步骤二中，氮化硼(BN)用量为5.0g，CNTs和PVP的用量均为0.5克。
第三方面，本申请提供的一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料的用途，是通过以下技术方案得以实现的：
一种导热绝缘基材-CNTs杂化材料的用途，导热绝缘基材-CNTs杂化材料作为导热绝缘填料，用于各类电气绝缘和电子封装材料。
通过采用上述技术方案，可赋予电气绝缘材料和电子封装材料具有高导热且仍然保持良好的电绝缘性。
优选的，所述导热绝缘基材-CNTs杂化材料作为导热绝缘填料用于导热绝缘环氧树脂组合物；导热绝缘环氧树脂组合物包括环氧树脂、固化剂和导热绝缘基材-CNTs杂化材料。
通过采用上述技术方案，可赋予环氧树脂组合物的固化物具有高导热且仍然保持良好的电绝缘性，且在获得相同热导率的情况下，可降低环氧树脂体系粘度，产品具有低粘度、高导热的特性，便于加工生产、浇注封装。
综上所述，本申请具有以下优点：
1、本申请制备的导热绝缘基材-碳纳米管杂化材料作为填料应用于导热绝缘环氧树脂组合物中所得的固化物具有高导热且仍然保持良好的电绝缘性的优点，主要是导热绝缘基材-碳纳米管杂化材料在环氧树脂组合物中易相互搭接形成导热通路，同时由于连接在导热绝缘基材表面的CNTs被导热绝缘基材隔断而互不相连，环氧树脂组合物体系仍然保持良好的电绝缘性，可用于各类电气绝缘和电子封装材料。
2、本申请所提供的导热绝缘基材-碳纳米管杂化材料填充于环氧树脂组合物中，在较少的添加量条件下，即可形成导热通路，热导率随之显著提高，保证环氧树脂组合的固化物的高导热性能；且在获得相同热导率的情况下，导热绝缘基材-碳纳米管杂化材料/环氧树脂体系粘度更低，产品具有低粘度、高导热的特性，便于加工生产、浇注封装。
3、本申请中制备的导热绝缘基材-碳纳米管杂化材料为导热绝缘基材-碳纳米管杂化结构，可改善碳纳米管在树脂基体的分散性能，消除团聚，充分发挥碳纳米管的高热导率优势。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
Figure BDA0003284963800000041
实施例
实施例1
为本申请公开的一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料，包括作为基材的导热绝缘基材、连接材料和碳纳米管(CNTs)，连接材料将导热绝缘基材和CNTs连接在一起。其中，导热绝缘基材和CNTs的连接材料为纳米银烧结体，导热绝缘基材为α-氧化铝(Al2O3)。α-氧化铝(Al2O3)采用上海瑀锐新材料科技有限公司的SA-10α-氧化铝。
一种Al2O3-碳纳米管杂化材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：在室温条件下，将0.02mol的2-乙基-4-甲基咪唑2E4MI、0.01mol的醋酸银AgAc加入400mL的二氯甲烷中，磁力搅拌，转速240r/min，磁力搅拌时间控制在1-2小时，直至AgAc颗粒完全消失，得到澄清透明的Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液；
步骤二：在Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中加入0.5g的CNTs、0.5g的PVP，采用超声分散(超声发生器的功率1200W，频率20kHz)3小时，加入50克α-氧化铝，继续超声分散0.5小时，得分散液。
步骤三：将步骤二中所得分散液进行减压蒸馏处理，去除分散液中的二氯甲烷后将固体物进行高温烧结处理，高温烧结温度控制在210℃，高温烧结的时间为4小时，得固体物。
步骤四：将步骤三中所得的固体物置于三辊机(三辊机的辊距30μm)进行3次研磨粉碎，后分散于400mL乙醇，倒入篮式研磨机中进行研磨，以2000r/min的转速研磨0.5小时，然后过滤、干燥，即得Al2O3-CNTs杂化材料，所得Al2O3-CNTs杂化材料的密度为3.92克/立方厘米。
一种Al2O3-碳纳米管杂化材料的用途，Al2O3-碳纳米管杂化材料作为填料，用于导热绝缘环氧树脂组合物。
环氧树脂组合物的制备：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，200g的Al2O3-CNTs杂化材料，经600rpm高速分散1小时，得300g的导热绝缘环氧树脂组合物。
环氧树脂组合物的固化物的制备：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。所得导热绝缘环氧树脂固化物中Al2O3-CNTs杂化材料的体积含量为38.0％。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在：
一种Al2O3-碳纳米管杂化材料的用途，Al2O3-碳纳米管杂化材料作为填料，用于导热绝缘环氧树脂组合物。
环氧树脂组合物的制备：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，300g的Al2O3-CNTs杂化材料，经600rpm高速分散1小时，得400g的导热绝缘环氧树脂组合物。
环氧树脂组合物的固化物的制备：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。所得导热绝缘环氧树脂固化物中Al2O3-CNTs杂化材料的体积含量为47.9％。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在：
一种Al2O3-碳纳米管杂化材料的用途，Al2O3-碳纳米管杂化材料作为填料，用于导热绝缘环氧树脂组合物。
环氧树脂组合物的制备：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，400g的Al2O3-CNTs杂化材料，经600rpm高速分散1小时，得500g的导热绝缘环氧树脂组合物。
环氧树脂组合物的固化物的制备：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。所得导热绝缘环氧树脂固化物中Al2O3-CNTs杂化材料的体积含量为55.0％。
实施例4
为本申请公开的一种绝缘基材-碳纳米管杂化材料，作为基材的导热绝缘基材、连接材料和碳纳米管(CNTs)，连接材料将导热绝缘基材和CNTs连接在一起；导热绝缘基材和CNTs的连接材料为纳米银烧结体。导热绝缘基材为氮化硼(BN)，氮化硼(BN)采购于丹东市化工研究所有限责任公司，级别为HF级。
一种氮化硼(BN)-碳纳米管杂化材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：在室温条件下，将0.02mol的2-乙基-4-甲基咪唑2E4MI、0.01mol的醋酸银AgAc加入400mL的二氯甲烷中，磁力搅拌，转速240r/min，磁力搅拌时间控制在1-2小时，直至AgAc颗粒完全消失，得到澄清透明的Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液；
步骤二：在Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中加入0.5g的CNTs、0.5g的PVP，采用超声分散(超声发生器的功率1200W，频率20kHz)3小时，加入5克的氮化硼BN，继续超声分散0.5小时，得分散液。
步骤三：将步骤二中所得分散液进行减压蒸馏处理，去除分散液中的二氯甲烷后将固体物进行高温烧结处理，高温烧结温度控制在210℃，高温烧结的时间为4小时，得固体物。
步骤四：将步骤三中所得的固体物置于三辊机(三辊机的辊距30μm)进行3次研磨粉碎，后分散于400mL乙醇，倒入篮式研磨机中进行研磨，以2000r/min的转速研磨0.5小时，然后过滤、干燥，即得BN-CNTs杂化材料。材料密度为2.62克/立方厘米。
一种氮化硼(BN)-碳纳米管杂化材料的用途，用于导热绝缘环氧树脂组合物及其固化物的制备。
环氧树脂组合物的制备：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，25g的BN-CNTs杂化材料，经600rpm高速分散1小时，得125g的导热绝缘环氧树脂组合物。
环氧树脂组合物的固化物的制备：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。所得导热绝缘环氧树脂固化物中BN-CNTs杂化材料的体积含量为10.27％。
实施例5
实施例5与实施例4的区别在：
环氧树脂组合物的制备：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，35g的BN-CNTs杂化材料，经600rpm高速分散1小时，得135g的导热绝缘环氧树脂组合物。
环氧树脂组合物的固化物的制备：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。所得导热绝缘环氧树脂固化物中BN-CNTs杂化材料的体积含量为13.82％。
实施例6
实施例6与实施例4的区别在：
环氧树脂组合物的制备：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，45g的BN-CNTs杂化材料，经600rpm高速分散1小时，得145g的导热绝缘环氧树脂组合物。
环氧树脂组合物的固化物的制备：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。所得导热绝缘环氧树脂固化物中BN-CNTs杂化材料的体积含量为17.09％。
对比例
对比例1
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，Al2O3/纳米银/CNTs混合填料200g，经600rpm高速分散1小时，得300g的导热绝缘环氧树脂组合物。其中。Al2O3/纳米银/CNTs的混合比与实施例1所制备的Al2O3-CNTs杂化材料中Al2O3/纳米银/CNTs的比例相同，Al2O3/纳米银/CNTs的质量比：50：1.08：0.5。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为38.0％，与实施例1相同。
对比例2
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，Al2O3199.0g(Al2O3的密度为3.90克/立方厘米)，经600rpm高速分散1小时，得导热绝缘环氧树脂组合物。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为38.0％，与实施例1相同。
对比例3
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，Al2O3/纳米银/CNTs混合填料300g，经600rpm高速分散1小时，得导热绝缘环氧树脂组合物。其中，Al2O3/纳米银/CNTs的混合比与实施例1所制备的Al2O3-CNTs杂化材料中Al2O3/纳米银/CNTs的比例相同，质量比：50/1.08/0.5。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为47.9％，与实施例2相同。
对比例4(对比实施例2-2)
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，Al2O3填料299g，经600rpm高速分散1小时，得导热绝缘环氧树脂组合物。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为47.9％，与实施例2相同。
对比例5
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，Al2O3/纳米银/CNTs混合填料400g，经600rpm高速分散1小时，得导热绝缘环氧树脂组合物。其中。Al2O3/纳米银/CNTs的混合比与实施例1所制备的Al2O3-CNTs杂化材料中Al2O3/纳米银/CNTs的比例相同，Al2O3/纳米银/CNTs的质量比：50：1.08：0.5。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为55.0％，与实施例3相同。
对比例6(对比实施例3-2)
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，Al2O3填料399g，经600rpm高速分散1小时，得导热绝缘环氧树脂组合物。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。固化物的填料体积含量为55.0％，与实施例3相同。
对比例7
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，BN/纳米银/CNTs混合填料25.0g，经600rpm高速分散1小时，得125g的导热绝缘环氧树脂组合物。BN/纳米银/CNTs的混合比与实施例4所制备的BN-CNTs杂化材料中BN/纳米银/CNTs的比例相同，BN-CNTs杂化材料中BN/纳米银/CNTs的质量比：5/1.08/0.5。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为10.27％，与实施例4相同。
对比例8
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，BN填料21.94g，经600rpm高速分散1小时，得121.94g的导热绝缘环氧树脂组合物。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为10.27％，与实施例4相同。
对比例9
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，BN/纳米银/CNTs混合填料35g，经600rpm高速分散1小时，得135g的导热绝缘环氧树脂组合物。BN/纳米银/CNTs的混合比与实施例4所制备的BN-CNTs杂化材料中BN/纳米银/CNTs的比例相同，BN-CNTs杂化材料中BN/纳米银/CNTs的质量比：5/1.08/0.5。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为13.82％，与实施例5相同。
对比例10
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，BN填料30.74g，经600rpm高速分散1小时，得130.74g的导热绝缘环氧树脂组合物。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为13.82％，与实施例5相同。
对比例11
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，BN/纳米银/CNTs混合填料45g，经600rpm高速分散1小时，得145g的导热绝缘环氧树脂组合物。BN/纳米银/CNTs的混合比与实施例4所制备的BN-CNTs杂化材料中BN/纳米银/CNTs的比例相同，BN-CNTs杂化材料中BN/纳米银/CNTs的质量比：5/1.08/0.5。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为17.09％，与实施例6相同。
对比例12
环氧树脂组合物的固化物制备方法，具体步骤如下：
第一步：按重量计，将双酚A型环氧树脂(CYD128)93g，固化剂(OMICURE BC-120)7g，BN填料39.5g，经600rpm高速分散1小时，得139.5g的导热绝缘环氧树脂组合物。
第二步：将上述制备的导热绝缘环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经130℃/4小时固化，得导热绝缘环氧树脂固化物。所得导热绝缘环氧树脂固化物用于导热系数及电阻率的测试分析。固化物的填料体积含量为17.09％，与实施例6相同。
性能检测试验
检测方法/试验方法
1、组合物粘度测试：按照《GB/T 12007.4-1989环氧树脂粘度测定方法》。
2、固化物导热系数：按照《GB/T 10295-2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》。
3、固化物体积电阻率：按照《GB/T 15662-1995导电、防静电塑料体积电阻率测试方法》。
数据分析
表1是实施例1-3和对比例1-6中的环氧树脂组合物粘度及其固化物的导热系数和体积电阻率测试参数
Figure BDA0003284963800000121
结合实施例1-3和对比例1-6并结合表1可以看出，当填料体积比相同时，采用Al2O3-CNTs杂化材料填充环氧树脂(实施例1、2、3)的导热系数，明显大于采用Al2O3填充环氧树脂(对比例2、4、6)的导热系数、以及采用Al2O3/纳米银/CNTs混合填料填充环氧树脂(对比例1、3、5)的导热系数。
此外，采用Al2O3-CNTs杂化材料填充环氧树脂的体积电阻率虽然小于采用Al2O3填充环氧树脂的体积电阻率，但仍然具有良好的电绝缘性能(体积电阻率>109Ω·m)。
结合实施例1-3和对比例1-6并结合表1可以看出，实施例2(Al2O3-CNTs杂化材料填充，填料体积含量47.9％)的导热系数为1.66W(m·K)-1，粘度为464500cP。对比例5(Al2O3/纳米银/CNTs混合填料填充，填料体积含量55.0％)的导热系数为1.64W(m·K)-1，与实施例2的导热系数接近，其粘度为923000cP，明显大于实施例2的粘度。对比例6(Al2O3填充，填料体积含量55.0％)的导热系数为1.52W(m·K)-1，低于实施例2的导热系数，其粘度为82100cP，明显大于实施例2的粘度。
综合上述分析，可以看出：本申请与Al2O3、Al2O3/纳米银/CNTs混合填料相比，Al2O3-CNTs杂化材料填充环氧树脂体系，在较低填充量下，即可获得较高的导热系数；在获得相同或相近导热系数时，体系粘度更低；体积电阻率虽略有下降，但仍保持良好电绝缘性能。
表2是实施例4-6和对比例7-12中的环氧树脂组合物粘度及其固化物的导热系数和体积电阻率测试参数
Figure BDA0003284963800000131
结合实施例4-6和对比例7-12并结合表2可以看出，当填料体积比相同时，采用BN-CNTs杂化材料填充环氧树脂(实施例4、5、6)的导热系数，明显大于采用BN填充环氧树脂(对比例8、10、12)的导热系数、以及采用BN/纳米银/CNTs混合填料填充环氧树脂(对比例7、9、11)的导热系数。且采用BN-CNTs杂化材料填充环氧树脂的体积电阻率虽然小于采用BN填充环氧树脂的体积电阻率，以及采用BN/纳米银/CNTs混合填料填充环氧树脂的体积电阻率，但仍然具有良好的电绝缘性能(体积电阻率>109Ω·m)。
结合实施例4-6和对比例7-12并结合表2可以看出，实施例4(BN-CNTs杂化材料填充，填料体积含量10.27％)的导热系数为1.12W(m·K)-1，粘度为60300cP。对比例9(BN/纳米银/CNTs混合填料填充，填料体积含量13.82％)、对比例10(BN填充，填料体积含量13.82％)、对比例12(BN填充，填料体积含量17.09％)的导热系数分别为0.92W(m·K)-1、0.76W(m·K)-1、1.03W(m·K)-1，均小于实施例4的导热系数，但其粘度分别为119800cP、102100cP、796400cP，明显大于实施例4的粘度。实施例5(BN-CNTs杂化材料填充，填料体积含量13.82％)的导热系数为1.55W(m·K)-1，粘度为143100cP。对比例11(BN/纳米银/CNTs混合填料填充，填料体积含量17.09％)、对比例12(BN填充，填料体积含量17.09％)的导热系数分别为1.36W(m·K)-1、1.03W(m·K)-1，均小于实施例5的导热系数，但其粘度分别为986200cP、796400cP，明显大于实施例5的粘度。
综合上述分析，可以看出：本申请与BN、BN/纳米银/CNTs混合填料相比，BN-CNTs杂化材料填充环氧树脂体系，在较低填充量下，即可获得较高的导热系数；在获得相同或相近导热系数时，体系粘度更低；体积电阻率虽略有下降，但仍保持良好电绝缘性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种导热绝缘基材-碳纳米管杂化材料，其特征在于：包括作为基材的导热绝缘基材、连接材料和碳纳米管（CNTs），连接材料将导热绝缘基材和CNTs连接在一起；导热绝缘基材和CNTs的连接材料为纳米银烧结体；
所述的导热绝缘基材-CNTs杂化材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MI）、醋酸银（AgAc）溶解于二氯甲烷，制得Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液；
步骤二，在步骤一所得Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、CNTs，超声分散1-4小时后加入导热绝缘基材，再进行0.2-1h的超声分散；
步骤三，将步骤二所得分散液减压蒸馏去除二氯甲烷后，将固体物进行高温烧结处理，高温烧结温度为200-220℃；
步骤四，将步骤三所得固体物粉碎后，分散于乙醇，研磨，过滤，干燥，得导热绝缘基材-CNTs杂化材料；
所述导热绝缘基材为α-氧化铝（Al2O3）或者氮化硼（BN）。
2.根据权利要求1所述的一种导热绝缘基材-碳纳米管杂化材料的制备方法：包括以下步骤：
步骤一，将2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MI）、醋酸银（AgAc）溶解于二氯甲烷，制得Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液；
步骤二，在步骤一所得Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、CNTs，超声分散1-4小时后加入导热绝缘基材，再进行0.2-1h的超声分散；
步骤三，将步骤二所得分散液减压蒸馏去除二氯甲烷后，将固体物进行高温烧结处理，高温烧结温度为200-220℃；
步骤四，将步骤三所得固体物粉碎后，分散于乙醇，研磨，过滤，干燥，得导热绝缘基材-CNTs杂化材料；
所述导热绝缘基材为α-氧化铝（Al2O3）或者氮化硼（BN）；
所述步骤一中2-乙基-4-甲基咪唑2E4MI的用量为0.02mol；醋酸银AgAc的用量为0.01mol；二氯甲烷的用量400mL。
3.根据权利要求2所述的一种导热绝缘基材-碳纳米管杂化材料的制备方法，其特征在于：当导热绝缘基材为α-氧化铝（Al2O3），所述步骤二中α-氧化铝（Al2O3）用量为50g；CNTs和PVP的用量均为0.5克。
4.根据权利要求2所述的一种导热绝缘基材-碳纳米管杂化材料的制备方法，其特征在于：当导热绝缘基材为氮化硼（BN），所述步骤二中，氮化硼（BN）用量为5.0g，CNTs和PVP的用量均为0.5克。
5.一种权利要求1中所述的导热绝缘基材-碳纳米管杂化材料的用途，其特征在于：所述导热绝缘基材-CNTs杂化材料作为导热绝缘填料，用于各类电气绝缘和电子封装材料。
6.根据权利要求5所述的一种导热绝缘基材-CNTs杂化材料的用途，其特征在于：所述导热绝缘基材-CNTs杂化材料作为导热绝缘填料用于导热绝缘环氧树脂组合物；所述导热绝缘环氧树脂组合物包括环氧树脂、固化剂和所述导热绝缘基材-CNTs杂化材料。
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