CN115246994B - 一种导热-吸波一体化柔性材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种导热-吸波一体化柔性材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115246994B CN115246994B CN202111669432.8A CN202111669432A CN115246994B CN 115246994 B CN115246994 B CN 115246994B CN 202111669432 A CN202111669432 A CN 202111669432A CN 115246994 B CN115246994 B CN 115246994B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat conduction
- flexible material
- wave absorption
- silicone oil
- integrated flexible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 91
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 52
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 claims abstract description 38
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims abstract description 27
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 7
- 239000012767 functional filler Substances 0.000 claims description 7
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 7
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 7
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 abstract 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 12
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 12
- 108010025899 gelatin film Proteins 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000011206 ternary composite Substances 0.000 description 2
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- 239000004278 EU approved seasoning Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005388 cross polarization Methods 0.000 description 1
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 235000011194 food seasoning agent Nutrition 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 229920006268 silicone film Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/18—Manufacture of films or sheets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
- C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
- H05K9/0073—Shielding materials
- H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
- C08J2383/04—Polysiloxanes
- C08J2383/07—Polysiloxanes containing silicon bound to unsaturated aliphatic groups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2479/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2461/00 - C08J2477/00
- C08J2479/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2483/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
- C08J2483/04—Polysiloxanes
- C08J2483/05—Polysiloxanes containing silicon bound to hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2217—Oxides; Hydroxides of metals of magnesium
- C08K2003/222—Magnesia, i.e. magnesium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明属于导热‑微波吸收技术领域，公开了一种导热‑吸波一体化柔性材料及其制备方法与应用。本发明以石墨烯和聚吡咯为导热吸波剂，Al2O3，MgO为导热功能填料，按照一定比例填充在硅油基体中，并采用脱模纸压片固化成膜工艺制备得到一种导热‑吸波一体化的柔性材料；不仅制备工艺简单可控，还可以通过改变制备过程中干凝胶与硅油的比例来调控膜的导热性能，及通过改变干凝胶与石蜡的填充比例来调控吸波性能。本发明公开制备的导热‑吸波一体化柔性材料导热和吸波性能均优异，克服了传统分离式导热和吸波片厚度大、成本高、导热和吸波性能差、工艺复杂等问题，具有良好的工业化应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于导热-微波吸收技术领域，涉及一种导热-吸波一体化柔性材料及其制备方法，具体涉及一种石墨烯/聚吡咯/导热填料硅胶膜及其制备方法与应用。
背景技术
导热吸波一体化材料既能导热又能有效吸收、衰减入射的电磁波能量，是解决当前电子设备电磁干扰与发热问题，保护其正常运行的有效途径。目前国内外主要单独研究和使用导热与吸波材料，而有关导热吸波一体化材料尚鲜见报道。随着电子设备功率密度的提高，电子器件的电磁兼容和散热问题日趋严重，兼具双功能特性的导热吸波材料成为解决该问题的新趋势。目前，该类材料主要的研发思路是在基体材料中同时添加导热填料和吸波剂来实现材料的导热吸波双功能。但导热吸波一体化材料的导热和吸波性能相互牵制，难以同时兼顾。只有通过协调两种功能调料的添加比例，利用导电和导热网络实现导热和吸波性能协同增强。
目前影响材料的导热性能和吸波性能的因素很多，且各因素之间相互影响，如材料的微观形貌、结构和成型工艺等。石墨烯是一种由单一碳原子紧密排列组成的新型碳材料，其具有较大的比表面积、良好的电热传导性能。同时，石墨烯具有很高的介电常数，在外部电磁场中易于被极化产生介电损耗。因此石墨烯在导热和吸波领域的应用都十分广泛。其中，中国专利文献(CN110964480A)公开了一种氧化石墨烯/四氧化三铁/氧化锌复合材料及其制备方法，通过使四氧化三铁和氧化锌在氧化石墨烯表面复合，此外，为了提高导热性能在其表面进一步包覆高导热系数的无机纳米材料，但该制备方法步骤繁多，且最终测得的导热和吸波性能不突出；中国专利文献(CN112194903A)公开了一种导热吸波硅胶复合材料及其制备方法，其是由磁性氮化硼纳米片、导热粉体、MXene纳米片为原料，经过定向排列形成的磁性导热吸波材料，该材料的选择可以极大的发挥氮化硼的导热性能，但其制备过程中耗时长，实验重复性差，操作复杂，该材料有一定的屏蔽性能，属于反射型吸波材料，但其吸收带宽窄或点频吸收，这意味反射回去的电磁波将产生二次污染，不能真正做到电磁防护。以上所述的导热吸波一体化材料是通过将具有吸波性能和导热性能的材料进行复合而成功制备的，但是存在着难以同时满足工艺简便和性能优异的问题，而兼具制备方法简便和性能优良的导热吸波一体化材料还未见报道。
此外，随着5G移动网络的迅速发展，电子设备朝着小型化、高集成化发展，电子芯片的工作频率不断升高，热流密度不断增大，电磁干扰问题也日益突出，如何同时解决导热吸波问题成了一个迫切需要解决的问题。且在各种候选材料中，将具有高导电性能的石墨烯和具有手性结构的聚吡咯与导热填料相结合而形成的复合物由于其独特的几何构型和优异的性能在导热吸波领域有广阔的应用前景。但现有复合导热吸波材料的形貌尺寸难以调控，实验步骤繁琐、条件苛刻、操作复杂且工艺繁琐，以及其吸波性能难以满足“薄、轻、宽、强”的要求。
因此，如何开发一种工艺简便、易于工业化且具有较佳微波吸收性能和导热性能的功能材料是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种导热-吸波一体化柔性材料及其制备方法，该工艺操作简便、性能可调，具有市场推广与应用价值。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种导热-吸波一体化柔性材料，所述导热-吸波一体化柔性材料是将导热吸波剂石墨烯、导热吸波剂聚吡咯和导热功能填料按照一定比例填充在硅油基体中，并采用脱模纸压片固化成膜工艺制备而成；其中，石墨烯、聚吡咯和导热功能填料的质量比为1:1:(10～20)。
值得说明的是，为了实现调控吸波剂的电导率、电磁性能、吸波性能、导热性能等性质特征，本发明中，干凝胶在硅油基体中的质量填充比为45～55％。
进一步的，所述导热吸波剂聚吡咯为平面螺旋结构，且所述导热吸波剂聚吡咯的直径为20～40μm，电导率为1.0×10-4～3.0×10-4S/cm；聚吡咯独特的手性螺旋结构可以产生交叉极化、交叉耦合、多重LC共振，对其吸波性能的提高起着关键的作用；微米级聚吡咯形成导电和导热网络，实现导热和吸波性能协同增强。
所述导热功能填料至少为Al2O3、MgO中的一种；其中，所述Al2O3纳米颗粒的直径为150～250nm，热导率为30～35W/(m·k)；所述MgO纳米颗粒的直径为150～600nm，热导率为30～65W/(m·k)；
所述导热吸波剂石墨烯的直径为5～20μm，电导率为6.0～9.0S/cm。
值得说明的是，本发明公开的导热-吸波一体化柔性材料具有优异的微波吸收特性和导热性能，其中小于等于-10dB的有效带宽为5.36～12.96GHz，厚度为2～7.4mm，最大吸收为-60.63dB～-14.78dB，其热导率为1.919～5.571W/(m·k)。
本发明的第二个目的在于，提供所述导热-吸波一体化柔性材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)称量一定质量的石墨烯，使其分散于一定体积的去离子水中，超声分散20～30min，然后再称量一定质量的聚吡咯和导热功能填料，使其分散于上述体系中，继续超声20～30min，再搅拌50～60min；在-60℃～-30℃冷冻成固体，再通过真空冷冻干燥得到干凝胶；
(2)将所得干凝胶按一定比例分散到硅油基体和稀释剂中，搅拌30min；在真空条件下脱气泡10min，随后在一定温度下的鼓风干燥箱中固化10～15min；
(3)将所述产品经过脱模纸压片成型，最终得到所述导热-吸波一体化柔性材料。
值得说明的是，本发明采用脱模纸压片成膜的工艺，相较现有方法，本发明得到的导热-吸波一体化柔性材料，其吸波剂在形貌上有较大创新，且实验重复性高，步骤简单，对仪器精密度要求低，及通过该方法制备得到的材料导热吸波性能均较优异。
进一步的，所述步骤(1)中的石墨烯，聚吡咯和导热功能填料是按照一定的质量比分散在去离子水中的，其质量比为1:1:(10～20)；
进一步的，所述步骤(2)的硅油基体是由含H硅油、乙烯基硅油、抑制剂和催化剂组成的，其中含H硅油的含量为10％～25％，乙烯基硅油的含量为73.85％～89.5％，抑制剂的含量为0％～0.15％；催化剂的含量为0.5％～1.0％；且，
更进一步的，所述稀释剂至少为多烷基烃、乙醇、正硅酸乙酯中的一种，稀释剂与硅油基体的质量比为(0～0.3)：1。
干凝胶分散在硅油基体中的加料顺序较为关键，首先需将一定含量的含H硅油和乙烯基硅油搅拌混合均匀，再加入一定比例的干凝胶、抑制剂和稀释剂充分搅拌，最后加入催化剂，并采用脱模纸压片固化成膜，即得到所述导热-吸波一体化柔性材料，且所述硅胶膜的柔韧性好，具备弹性，不易断裂。
进一步的，所述步骤(2)中鼓风干燥箱的温度为90℃～100℃。
值得说明的是，本发明通过脱膜纸压片成型制备的导热-吸波一体化柔性材料不仅制备简便，还可以通过调控吸波剂与导热功能填料的比例来调控导热性能；通过改变干凝胶与硅油基体的填充比来调控吸波性能。
本发明的第三个目的在于，提供所述导热-吸波一体化柔性材料在电子、通讯、汽车、医疗器械、家电产品、航空航天、安防监控、导航领域中的应用。
具体地，所述应用还包括：将所述导热-吸波一体化柔性材料贴在芯片表面，不仅能有效改善芯片与设备之间的热传导问题，还能有效降低设备内部电磁干扰。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明以脱模纸压片成型的制备工艺，将导热-吸波剂和导热功能填料按一定比例与硅油基体混合，不仅制备工艺简单可控，还可以通过改变制备过程中干凝胶与硅油的比例来调控膜的导热性能；改变干凝胶与硅油基体的填充比来调控其吸波性能；
2、本发明公开的一种导热-吸波一体化柔性材料，因其通过脱膜纸压片成型，从而具有工艺简便、重复性好，可规模化生产的优点；通过该方法制备的导热-吸波膜具有导热吸波性能优异、吸波性能可调等优良特性；
3、本发明公开了所述不同质量比例的石墨烯、聚吡咯和导热功能填料三元复合物干凝胶，以及将干凝胶在不同填充比下与硅油基体进行填充制膜的工艺方法，该制备方法操作便捷，绿色环保，对仪器精密度要求低，导热性能和吸波性能优异，具有良好的工业化应用潜力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图
图1～图3分别为本发明实施例1所得产物在XRD、扫描电镜下测得的物相、形貌和宏观条件下拍摄的硅胶膜的伸展和弯曲图片。
图4为本发明实施例6中所得产物在扫描电镜下测到的形貌。
图5为本发明实施例7中所得产物在扫描电镜下测到的形貌。
图6～图7为本发明实施例8中所得产物在扫描电镜下测到的形貌和宏观条件下拍摄的硅胶膜的伸展和弯曲图片。
图8为本发明实施例9中所得产物在扫描电镜下测到的形貌。
图9为实施例11中传统分离式导热和吸波片以及本发明实施例4中所得导热吸波一体化片应用的示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。
实施例1
一种导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，具体包括以下步骤：
将0.5g石墨烯分散于100mL去离子水中，超声分散15min，随后加入0.5g聚吡咯和7.5g Al2O3，继续超声分散15min，使其三者混合均匀；将该混合溶液磁力搅拌1h后，于真空冷冻干燥箱中-60℃烘干，最终得到所述干凝胶。将上述所得的干凝胶按一定比例填充到硅油基体中制备成硅胶膜：首先称量0.5g的含H硅油和1.477g乙烯基硅油在容器中搅拌均匀，随后加入2g的干凝胶、0.003g抑制剂和0.6g乙醇搅拌30min，最后加入0.01g催化剂进行充分搅拌。将搅拌均匀的具有流动性的胶状混合物转移到垫有脱模纸的玻璃片上，在真空条件下脱气泡10min后，再将另一个垫有脱模纸的玻璃片，施加一定的压力，使其形成一个均匀的圆片，将其放入100℃的鼓风干燥箱中固化15min后，最终得到所述导热-吸波一体化硅胶膜。
所得产物在XRD、扫描电镜下所测得的物相、形貌以及宏观条件下拍摄的硅胶膜的伸展和弯曲图片分别如图1～3所示。图2中的内嵌图为冷冻干燥后的干凝胶依托在花瓣上所拍摄的，可以观察到花瓣依旧立挺，没有变化，说明干凝胶的质量非常的轻。制得的硅胶膜弹性优良，柔韧性好，即使将其弯折至如图3所示，仍然没有发生断裂现象。由上述分析可知，产物为具有石墨烯、聚吡咯和Al2O3的三元复合组分硅胶膜。
将该异质材料以50％质量分数填充在基底材料中，测得其反射率如表1所示，其中小于等于-10dB反射率的有效带宽为7.2GHz，最大反射损耗为-14.78dB；其热导率为4.649W/(m·k)。
实施例2
一种导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，与实施例1公开的制备步骤相比，唯一的不同之处仅在于：加入的Al2O3的质量为10g，其余制备步骤及工艺参数相同。
将该异质材料以50％质量分数填充在基底材料中，测得其反射率如表1所示，其中小于等于-10dB反射率的有效带宽6.16GHz，最大反射损耗为-44.14dB；其热导率为3.929W/(m·k)。
实施例3
一种导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，与实施例2公开的制备步骤相比，制备步骤及工艺参数都相同。
将该异质材料以45％质量分数填充在基底材料中，测得其反射率如表1所示，其中小于等于-10dB反射率的有效带宽10GHz，最大反射损耗为-38.88dB；其热导率为3.520W/(m·k)。
实施例4
一种导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，与实施例2公开的制备步骤相比，制备步骤及工艺参数都相同。
将该异质材料以55％质量分数填充在基底材料中，测得其反射率如表1所示，其中小于等于-10dB反射率的有效带宽5.36GHz，最大反射损耗为-60.63dB；其热导率为5.571W/(m·k)。
实施例5
一种导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，与实施例1公开的制备步骤相比，唯一的不同之处仅在于：加入的Al2O3的质量为5g，其余制备步骤及工艺参数相同。
将该异质材料以30％质量分数填充在基底材料中，测得其反射率如表1所示，其中小于等于-10dB反射率的有效带宽7.12GHz，最大反射损耗为-51.91dB；其热导率为1.919W/(m·k)。
实施例6
一种导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，与实施例1公开的制备步骤相比，唯一的不同之处在于：将单一组分的石墨烯进行冷冻干燥与硅油基体进行填充，其余制备步骤及工艺参数相同。
将该异质材料以3％质量分数填充在基底材料中，测得其反射率如表1所示，其中小于等于-10dB反射率的有效带宽9.12GHz，最大反射损耗为-37.24dB；其热导率为3.975W/(m·k)。
所得产物在扫描电镜下测到的形貌如图4所示。分析可知，石墨烯粒直径为5～20μm。
实施例7
一种导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，与实施例1公开的制备步骤相比，唯一的不同之处在于：将单一组分的聚吡咯进行冷冻干燥与硅油基体进行填充，其余制备步骤及工艺参数相同。
将该异质材料以3％质量分数填充在基底材料中，测得其反射率如表1所示，其中小于等于-10dB反射率的有效带宽12.96GHz，最大反射损耗为-48.38dB；其热导率为2.869W/(m·k)。
所得产物在扫描电镜下测到的形貌如图5所示。分析可知，所述平面螺旋聚吡咯的直径为20～40μm。
实施例8
一种导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，与实施例1公开的制备步骤相比，唯一的不同之处在于：将单一组分的Al2O3与硅油基体进行填充，其余制备步骤及工艺参数相同。
将该异质材料以44％质量分数填充在基底材料中，测得其反射率如表1所示，其中小于等于-10dB反射率的有效带宽12.88GHz，最大反射损耗为-47.16dB；其热导率为3.430W/(m·k)。
所得产物在扫描电镜下测到的形貌以及宏观条件下拍摄的硅胶膜的伸展和弯曲图片分别如图6～图7所示。分析可知，Al2O3纳米颗粒的粒径为150～250nm；制得的硅胶膜弹性优良，柔韧性好，即使将其弯折至如图7所示，仍然没有发生断裂现象。
实施例9
一种导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，与实施例1公开的制备步骤相比，唯一的不同之处在于：将单一组分的MgO与硅油基体进行填充，其余制备步骤及工艺参数相同。
将该异质材料以44％质量分数填充在基底材料中，测得其反射率如表1所示，其中小于等于-10dB反射率的有效带宽10.24GHz，最大反射损耗为-45.34dB；其热导率为3.145W/(m·k)。
所得产物在扫描电镜下测到的形貌图8所示。分析可知，MgO纳米颗粒的粒径为150～600nm。
实施例10
一种导热-吸波一体化柔性材料的制备方法，与实施例1公开的制备步骤相比，唯一的不同之处在于：将单一组分的MgO代替Al2O3与石墨烯和聚吡咯复合，其余制备步骤及工艺参数相同。
将该异质材料以50％质量分数填充在基底材料中，测得其反射率如表1所示，其中小于等于-10dB反射率的有效带宽7.5GHz，最大反射损耗为-20.45dB；其热导率为4.520W/(m·k)。
此外，为了进一步说明本专利申请相较现有技术存在的优异效果及突显该技术的非显而易见性，发明人还对上述实施例1～10所得产物的吸波性能与导热性能进行测定，具体数据如表1所示：
表1本发明实施例1～8所得产物的吸波性能与导热性能
此外，如图9所示，集成电路和芯片的散热和电磁干扰通常采用导热和吸波片分离式，厚度大，成本高。将本发明实施例4中所得导热吸波一体化片应用于无人汽车和无机人IC芯片上，既可以解决IC芯片与散热器、机箱等设备之间的热传导问题，同时能够有效降低设备内部电磁干扰的现象。
图9为传统分离式导热和吸波片与新型导热-吸波一体化片应用的示意图。本产品的特点：高导热系数、优异吸波效果、无卤环保、厚度更薄，成本低。在电子、通讯、汽车、医疗器械、家电产品、航空航天领域、安防监控、导航等领域具有广泛的应用前景。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种导热-吸波一体化柔性材料，其特征在于，所述导热-吸波一体化柔性材料是将导热吸波剂石墨烯、导热吸波剂聚吡咯和导热功能填料按照一定比例填充在硅油基体中，并采用脱模纸压片固化成膜工艺制备而成；其中，石墨烯、聚吡咯和导热功能填料的质量比为1:1:(10～20)；
所述导热吸波剂聚吡咯为平面螺旋结构；
所述导热功能填料为Al2O3、MgO中的一种；
制备所述导热-吸波一体化柔性材料的方法具体包括如下步骤：
(1)按照所述质量比称量石墨烯、聚吡咯和导热功能填料，随后将石墨烯、聚吡咯和导热功能填料依次分散于去离子水中，并超声分散、搅拌；最终冷冻并真空干燥得到干凝胶，备用；
(2)将所述干凝胶在硅油基体中分散、搅拌，并在真空条件下脱气泡，随后固化，即得到所述导热-吸波一体化柔性材料；
所述步骤(2)中，硅油基体是由含H硅油、乙烯基硅油、抑制剂和催化剂按照如下质量百分比组成：
含H硅油10％～25％，乙烯基硅油73.85％～89.5％，抑制剂0～0.15％，催化剂0.5％～1.0％；
所述步骤(2)中，干凝胶在硅油基体中的质量填充比为45～55％，
及，将干凝胶分散在硅油基体中的具体操作为：首先需将一定含量的含H硅油、乙烯基硅油、抑制剂和稀释剂搅拌混合均匀，再加入一定比例的干凝胶充分搅拌，最后加入催化剂；
所述步骤(2)还包括，所述固化为采用脱模纸压片固化成膜；
所述导热-吸波一体化柔性材料具有优异的微波吸收特性和导热性能，其中小于等于-10dB的有效带宽为5.36～12.96GHz，厚度为2～7.4mm，最大吸收为-60.63dB～-14.78dB，其热导率为1.919～5.571W/(m·k)。
2.根据权利要求1所述的一种导热-吸波一体化柔性材料，其特征在于，所述导热吸波剂聚吡咯为平面螺旋结构，且所述导热吸波剂聚吡咯的直径为20～40μm，电导率为1.0×10-4～3.0×10-4S/cm。
3.根据权利要求1所述的一种导热-吸波一体化柔性材料，其特征在于，所述Al2O3的直径为150～250nm，热导率为30～35W/(m·k)；所述MgO的直径为150～600nm，热导率为30～65W/(m·k)；所述导热吸波剂石墨烯的直径为5～20μm，电导率为6.0～9.0S/cm。
4.根据权利要求1所述的一种导热-吸波一体化柔性材料，其特征在于，所述步骤(1)中的超声分散时间为20～30min，搅拌时间为50～60min，及冷冻温度为-60℃～-30℃。
5.根据权利要求1所述的一种导热-吸波一体化柔性材料，其特征在于，所述步骤(2)中的搅拌时间为30min，脱气泡时间为10min，固化温度为90℃～100℃，固化时间为10～15min。
6.根据权利要求1所述的一种导热-吸波一体化柔性材料，其特征在于，所述稀释剂至少为多烷基烃、乙醇、正硅酸乙酯中的一种，稀释剂与硅油基体的体积比为(0～0.3)：1。
7.一种如权利要求1所述的导热-吸波一体化柔性材料在电子、通讯、汽车、医疗器械、家电产品、航空航天、安防监控、导航领域中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，还包括：将所述导热-吸波一体化柔性材料贴在芯片表面，不仅能有效改善芯片与设备之间的热传导问题，还能有效降低设备内部电磁干扰。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111669432.8A CN115246994B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种导热-吸波一体化柔性材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111669432.8A CN115246994B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种导热-吸波一体化柔性材料及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115246994A CN115246994A (zh) | 2022-10-28 |
| CN115246994B true CN115246994B (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=83697806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111669432.8A Active CN115246994B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种导热-吸波一体化柔性材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115246994B (zh) |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016024842A1 (ko) * | 2014-08-14 | 2016-02-18 | 주식회사 한국알테코 | 전도성 복합체 및 이의 제조 방법 |
| CN105647191A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-06-08 | 平湖阿莱德实业有限公司 | 一种具有吸波功能的柔性导热界面材料及其制备方法 |
| CN106047247A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-10-26 | 蚌埠高华电子股份有限公司 | 一种led显示屏用抗电磁辐射高导热改性复合环氧灌封胶 |
| CN106366621A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-01 | 安徽中润电缆集团股份有限公司 | 一种聚吡咯包覆复合填料提高热导率的复合电缆料 |
| WO2017143625A1 (zh) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 深圳市欧姆阳科技有限公司 | 一种高导热复合材料和由该材料制成的导热片及其制备方法 |
| CN108727764A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-02 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种用于弹性体材料的石墨烯导热母料及制备方法 |
| CN110272614A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-09-24 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种复合导热高分子材料 |
| CN110305429A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-08 | 北京化工大学 | 一种柔性吸波材料及其制备方法 |
| WO2020203696A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 凸版印刷株式会社 | 電磁波抑制シート及びその製造方法 |
| CN111925776A (zh) * | 2020-07-11 | 2020-11-13 | 西北工业大学 | 一种聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/pdms复合光热材料的制备方法 |
| CN112194903A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-08 | 深圳市鸿富诚屏蔽材料有限公司 | 一种导热吸波硅胶复合材料及制备方法 |
| CN112203369A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-01-08 | 广东烯陶控股有限公司 | 一种远红外电热膜及其制备方法和电热器 |
| CN112566290A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-03-26 | 深圳市德龙电器有限公司 | 一种柔性电发热膜发热层及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101774645B1 (ko) * | 2015-09-03 | 2017-09-19 | 한국과학기술원 | 그래핀-나노 물질 복합체, 이를 포함하는 유연 및 신축성 복합체 및 이들의 제조방법 |
| KR20180084351A (ko) * | 2017-01-17 | 2018-07-25 | 한국과학기술원 | 고분자 기반 광대역 전자파 차폐 필름 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111669432.8A patent/CN115246994B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016024842A1 (ko) * | 2014-08-14 | 2016-02-18 | 주식회사 한국알테코 | 전도성 복합체 및 이의 제조 방법 |
| WO2017143625A1 (zh) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 深圳市欧姆阳科技有限公司 | 一种高导热复合材料和由该材料制成的导热片及其制备方法 |
| CN105647191A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-06-08 | 平湖阿莱德实业有限公司 | 一种具有吸波功能的柔性导热界面材料及其制备方法 |
| CN106047247A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-10-26 | 蚌埠高华电子股份有限公司 | 一种led显示屏用抗电磁辐射高导热改性复合环氧灌封胶 |
| CN106366621A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-01 | 安徽中润电缆集团股份有限公司 | 一种聚吡咯包覆复合填料提高热导率的复合电缆料 |
| CN108727764A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-02 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种用于弹性体材料的石墨烯导热母料及制备方法 |
| WO2020203696A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 凸版印刷株式会社 | 電磁波抑制シート及びその製造方法 |
| CN110305429A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-08 | 北京化工大学 | 一种柔性吸波材料及其制备方法 |
| CN110272614A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-09-24 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种复合导热高分子材料 |
| CN111925776A (zh) * | 2020-07-11 | 2020-11-13 | 西北工业大学 | 一种聚吡咯纳米线界面改性三维石墨烯/pdms复合光热材料的制备方法 |
| CN112194903A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-08 | 深圳市鸿富诚屏蔽材料有限公司 | 一种导热吸波硅胶复合材料及制备方法 |
| CN112203369A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-01-08 | 广东烯陶控股有限公司 | 一种远红外电热膜及其制备方法和电热器 |
| CN112566290A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-03-26 | 深圳市德龙电器有限公司 | 一种柔性电发热膜发热层及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Synergistic enhancement of thermal conduction and microwave absorption of silica films based on graphene/chiral PPy/Al2O3 ternary aerogels;Xiaofen Yang 等;《Carbon》;20221031;第199卷;第1-12页 * |
| 基于聚吡咯构建的复合材料的制备及其吸波性能研究;赖莹莹;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑 (月刊)》;20210215(第2期);第B020-669页 * |
| 导电聚合物及其复合微纳米材料的可控制备、吸波性能与机理;杨小芬;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑 (月刊)》;20230215(第2期);第B020-1335页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115246994A (zh) | 2022-10-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jiao et al. | Achieving ultra-wideband and elevated temperature electromagnetic wave absorption via constructing lightweight porous rigid structure | |
| Liang et al. | Superior electromagnetic interference shielding 3D graphene nanoplatelets/reduced graphene oxide foam/epoxy nanocomposites with high thermal conductivity | |
| Li et al. | Flexible and multifunctional phase change composites featuring high-efficiency electromagnetic interference shielding and thermal management for use in electronic devices | |
| Liu et al. | Biological porous carbon encapsulated polyethylene glycol-based phase change composites for integrated electromagnetic interference shielding and thermal management capabilities | |
| CN111534016B (zh) | 具有导热与电磁屏蔽性能的电子封装材料及其制备方法 | |
| Yang et al. | Phase change mediated graphene hydrogel-based thermal interface material with low thermal contact resistance for thermal management | |
| Wu et al. | Composite phase change materials embedded into cellulose/polyacrylamide/graphene nanosheets/silver nanowire hybrid aerogels simultaneously with effective thermal management and anisotropic electromagnetic interference shielding | |
| CN109095919B (zh) | 一种具有多级微结构分布的钛酸钡/四氧化三钴复相毫米波吸波粉体及制备方法 | |
| Li et al. | Enhancement of electromagnetic interference shielding from the synergism between Cu@ Ni nanorods and carbon materials in flexible composite films | |
| CN111554466B (zh) | 一种具有周期结构的导热吸波复合磁片及其制备方法 | |
| Xie et al. | Three-dimensional periodic structured absorber for broadband electromagnetic radiation absorption | |
| Ge et al. | Flexible and leakage-proof phase change composite for microwave attenuation and thermal management | |
| Feng et al. | Aluminosilicate glass-ceramics/reduced graphene oxide composites doped with lithium ions: The microstructure evolution and tuning for target microwave absorption | |
| CN111825380A (zh) | 一种复掺纳米功能材料的三层结构水泥基吸波板及其制备方法 | |
| Zhang et al. | The effect of microspheres surface morphology on the enhanced microwave absorbing properties of MWCNTs | |
| CN114806424B (zh) | 一种导热-吸波一体化材料及其制备方法与应用 | |
| Qu et al. | Multi‐Scale Design of Metal–Organic Framework Metamaterials for Broad‐Band Microwave Absorption | |
| CN115246994B (zh) | 一种导热-吸波一体化柔性材料及其制备方法与应用 | |
| Guo et al. | Magnetically assisted construction of Al2O3 platelets dual network and its excellent thermal conductivity in epoxy resin composites | |
| CN101604555A (zh) | 磁定向碳纳米管复合薄膜隐身材料的制备方法 | |
| Wang et al. | Design of BCNO@ PPy composites for efficient microwave absorption and thermal management | |
| Ting et al. | Effect of silicon carbide dispersion on the microwave absorbing properties of silicon carbide-epoxy composites in 2–40 GHz | |
| CN109988360B (zh) | 一种石墨烯导热高分子材料及其制备方法 | |
| Cai et al. | Magnetic field vertically aligned Co-MOF-74 derivatives/polyacrylamide hydrogels with bifunction of excellent electromagnetic wave absorption and efficient thermal conduction performances | |
| CN116218027A (zh) | 一种气凝胶吸波材料、电磁波吸收体及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |