CN114539860A - 一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子设备散热的技术领域，特别是涉及一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，提高导热和散热性能，延长电子设备的使用寿命；包括以下步骤：S1、将碳纳米管以及石墨烯改性带电；S2、将导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散形成填料，然后再加入树脂以及助剂搅拌均匀形成浆料；S3、浆料通过直流电场，使带电的碳纳米管以及石墨烯进行定向排列，固化成型得到产品。

Description

一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及电子设备散热的技术领域，特别是涉及一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子设备的小型化轻量化，集成电路高度密集，导致设备功耗急剧升高，也导致发热量增大，发热量增大后在局部形成高温区域，高温会显著影响电子元器件的稳定性和寿命。所以为了使元器件保持良好的工作状态，延长器件的使用寿命。

目前石墨烯以及碳纳米管散热材料受限于成型工艺的原因，使材料层间存在很大的接触电阻，导致发热量增加，影响电子设备的使用寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，提高导热和散热性能，延长电子设备的使用寿命。

本发明的一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将碳纳米管以及石墨烯改性带电；

S2、将导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散形成填料，然后再加入树脂以及助剂搅拌均匀形成浆料；

S3、浆料通过直流电场，使带电的碳纳米管以及石墨烯进行定向排列，固化成型得到产品。

进一步地，步骤S1中碳纳米管改性带电方法为：在二氧化碳气氛中将碳纳米管阵列和石墨烯加热至900℃制造二氧化碳氧化改性的碳纳米管和石墨烯，氧化过程中碳纳米管和石墨烯表面带上分布均匀的负电荷。

进一步地，所述步骤S2中按重量计，导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散过程中还加入0.2-2％的水性分散剂，水性分散剂为吐温、纤维素、十二烷基苯磺酸钠等。

进一步地，所述步骤S2中，按重量计，各物料占比为：

按重量计，各物料占比为：

填料 40-65％

树脂 固含40-60％的水性丙烯酸树脂

助剂 润湿剂、偶联剂以及流平剂。

进一步地，所述步骤S3中，固化的具体方法为：

S31、浆料在涂布设备上成膜，然后通过涂布工序的低温段，并在低温段两端加12-36V直流电场，实现定向排列同时完成表面干燥；

S32、然后通过涂布工艺的高温段，高温段缓慢升温，实现实干，收卷，产品为卷材，厚度范围为50um-500um，导热系数5W以上。

与现有技术相比本发明的有益效果为：本产品采用石墨烯和超长碳纳米管复合，采用二氧化碳氧化改性工艺实现碳纳米管、石墨烯带电,可以实现碳纳米管在体系内的垂直排列，定向导热系数的显著提高；将碳纳米管与石墨烯和多种导热材料搭配使用，实现水平与垂直方向超高的导热性能，导热散热性能明显高于同类产品，可以解决各类消费电子产品的散热问题，应用环境更广。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

本发明的一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将碳纳米管以及石墨烯改性带电；

S2、将导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散形成填料，然后再加入树脂以及助剂搅拌均匀形成浆料；

S3、浆料通过直流电场，使带电的碳纳米管以及石墨烯进行定向排列，固化成型得到产品。

进一步地，步骤S1中碳纳米管改性带电方法为：在二氧化碳气氛中将碳纳米管阵列和石墨烯加热至900℃制造二氧化碳氧化改性的碳纳米管和石墨烯，氧化过程中碳纳米管和石墨烯表面带上分布均匀的负电荷。

进一步地，所述步骤S2中按重量计，导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散过程中还加入1％的分散剂，分散剂为吐温。

进一步地，所述步骤S2中，按重量计，各物料占比为：

按重量计，各物料占比为：

填料 55％

树脂 固含43％的水性丙烯酸树脂

助剂 润湿剂选用NP－10，比例为0.5％、偶联剂选用KH550，比例为0.8％，流平剂选用磷酸酯改性丙烯酸流平剂，比例为0.7％。

进一步地，所述步骤S3中，固化的具体方法为：

S31、浆料在涂布设备上成膜，然后通过涂布工序的低温段，并在低温段两端加26V直流电场，实现定向排列同时完成表面干燥；

S32、然后通过涂布工艺的高温段，高温段缓慢升温，实现实干，收卷。

实施例2：

本发明的一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将碳纳米管以及石墨烯改性带电；

S2、将导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散形成填料，然后再加入树脂以及助剂搅拌均匀形成浆料；

S3、浆料通过直流电场，使带电的碳纳米管以及石墨烯进行定向排列，固化成型得到产品。

进一步地，步骤S1中碳纳米管改性带电方法为：在二氧化碳气氛中将碳纳米管阵列和石墨烯加热至900℃制造二氧化碳氧化改性的碳纳米管和石墨烯，氧化过程中碳纳米管和石墨烯表面带上分布均匀的负电荷。

进一步地，所述步骤S2中按重量计，导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散过程中还加入1.9％的分散剂，分散剂为吐温。

进一步地，所述步骤S2中，按重量计，各物料占比为：

按重量计，各物料占比为：

填料 40％

树脂 固含58％的水性丙烯酸树脂

助剂 润湿剂选用NP－10，比例为0.6％、偶联剂选用KH550，比例为0.7％，流平剂选用磷酸酯改性丙烯酸流平剂，比例为0.7％。

进一步地，所述步骤S3中，固化的具体方法为：

S31、浆料在涂布设备上成膜，然后通过涂布工序的低温段，并在低温段两端加14V直流电场，实现定向排列同时完成表面干燥；

S32、然后通过涂布工艺的高温段，高温段缓慢升温，实现实干，收卷。

实施例3：

本发明的一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将碳纳米管以及石墨烯改性带电；

S2、将导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散形成填料，然后再加入树脂以及助剂搅拌均匀形成浆料；

S3、浆料通过直流电场，使带电的碳纳米管以及石墨烯进行定向排列，固化成型得到产品。

进一步地，步骤S1中碳纳米管改性带电方法为：在二氧化碳气氛中将碳纳米管阵列和石墨烯加热至900℃制造二氧化碳氧化改性的碳纳米管和石墨烯，氧化过程中碳纳米管和石墨烯表面带上分布均匀的负电荷。

进一步地，所述步骤S2中按重量计，导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散过程中还加入0.3％的分散剂，分散剂为吐温。

进一步地，所述步骤S2中，按重量计，各物料占比为：

按重量计，各物料占比为：

填料 40％

树脂 固含58％的水性丙烯酸树脂

助剂 润湿剂选用NP－10，比例为0.3％、偶联剂选用KH550，比例为1％，流平剂选用磷酸酯改性丙烯酸流平剂，比例为0.7％。

进一步地，所述步骤S3中，固化的具体方法为：

S31、浆料在涂布设备上成膜，然后通过涂布工序的低温段，并在低温段两端加12V直流电场，实现定向排列同时完成表面干燥；

S32、然后通过涂布工艺的高温段，高温段缓慢升温，实现实干，收卷。

由实施例制取的超高导热石墨烯碳纳米管复合材料进行导热系数测试，导热系数测试方法参照GB/T 8722-2008石墨材料中温导热系数测定方法，得到本发明的超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的导热系数，具有优异的导热性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将碳纳米管以及石墨烯改性带电；

S2、将导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散形成填料，然后再加入树脂以及助剂搅拌均匀形成浆料；

S3、浆料通过直流电场，使带电的碳纳米管以及石墨烯进行定向排列，固化成型得到产品。

2.如权利要求1所述的一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中碳纳米管改性带电方法为：在二氧化碳气氛中将碳纳米管阵列和石墨烯加热至900℃制造二氧化碳氧化改性的碳纳米管和石墨烯，氧化过程中碳纳米管和石墨烯表面带上分布均匀的负电荷。

3.如权利要求2所述的一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中按重量计，导热材料、改性带电后的碳纳米管以及石墨烯混合分散过程中还加入0.2-2％的水性分散剂。

4.如权利要求3所述的一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，按重量计，各物料占比为：

按重量计，各物料占比为：

填料 40-65％

树脂 固含40-60％的水性丙烯酸树脂

助剂 润湿剂、偶联剂以及流平剂。

5.如权利要求4所述的一种超高导热石墨烯碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，固化的具体方法为：

S31、浆料在涂布设备上成膜，然后通过涂布工序的低温段，并在低温段两端加12-36V直流电场，实现定向排列同时完成表面干燥；

S32、然后通过涂布工艺的高温段，高温段缓慢升温，实现实干，收卷。