TW201538651A - 散熱塗料溶液 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種散熱塗料溶液、其應用及散熱裝置。該散熱塗料溶液包括一未經改質之奈米碳材、複數樹脂凝膠微粒及一溶劑，該等樹脂凝膠微粒係分散於該溶劑中，且該未經改質之奈米碳材係附著於該等樹脂凝膠微粒之表面上。依據本發明，由於散熱塗料溶液含有未經改質之奈米碳材及樹脂凝膠微粒，故能提供良好散熱效果與分散性，進而使該散熱塗料溶液能於各種材質之基材上形成一散熱塗層；且該散熱塗層不僅具有結構簡單及耐腐蝕性等特點，當其應用於需要散熱之電子產品或車用零組件時，更可以在不需耗費額外能源之情況下提供良好的散熱效果。

Description

散熱塗料溶液、其應用及散熱裝置
本發明關於一種散熱技術，尤指一種散熱塗料溶液、其應用及散熱裝置。
隨著電子產品的精密化設計，電子產品的運作過程常伴隨著大量熱能的產生，若無法有效地將熱能逸散，將使電子產品發生過熱之問題，甚而影響其品質與可靠度。
為避免前述問題，現有技術多半係於電子產品的熱源設置散熱鰭片或風扇，以期能藉由提高表面積或增加熱對流的方式，將熱源逸散至電子產品的外部。然而，設置散熱鰭片將增加電子產品的整體體積大小；且風扇除了會增加電子產品的體積外，更需額外通入電源才能驅動風扇運轉，達到降低電子產品的溫度之目的。
然而，前述解決問題的技術手段皆不利於電子產品往輕薄化及節能的方向發展。為克服前述限制，現有技術轉而在電子裝置上塗佈散熱塗層，以期能在符合電子產品之輕薄化、節能化之需求下，達到散熱之目的。
目前已發展之散熱塗層的材料多半係以經化學改質之奈米碳材為主，由於該經化學改質之奈米碳材的殼層結構受到破壞，致使該經化學改質之奈米碳材無法獲得足夠的耐熱性，故現有技術之散熱塗層無法適用在400°C以上的溫度下發揮所需之散熱效果。
有鑑於現有技術之技術缺陷，本發明之目的在於發展一種散熱塗料溶液，其能適用於金屬材質或塑膠材質的基材上，並且形成一結構簡單、無需耗費額外能源及安全耐用的散熱塗層，藉此解決電子產品或相關車用零組件產品因溫度過高而衍生之問題。
為達成前述目的，本發明提供一種散熱塗料溶液，其包括一未經改質之奈米碳材、複數樹脂凝膠微粒及一溶劑，該等樹脂凝膠微粒係分散於該溶劑中，且該未經改質之奈米碳材係附著於該等樹脂凝膠微粒之表面上，且該等樹脂凝膠微粒之材料包括變性壓克力聚醇樹脂、矽酸鹽樹脂、矽氧烷樹脂或氟碳樹脂；其中，以散熱塗料溶液之總重為基準，該未經改質之奈米碳材的含量介於0.1重量百分比至10重量百分比之間。
據此，本發明之散熱塗料溶液因含有未經改質之奈米碳材及樹脂凝膠微粒，故能使未經改質之奈米碳材在保留原有的不飽和雙鍵結構及封閉的殼層結構下，提供良好的熱輻射之散熱效果，並使未經改質之奈米碳材能附著於該等樹脂凝膠微粒之表面上，藉以確保散熱塗料溶液中的樹脂凝膠微粒及未經改質之奈米碳材皆能具備良好的分散性，以提升其應用性。
較佳的，以散熱塗料溶液之總重為基準，該等樹脂凝膠微粒的含量介於20重量百分比至60重量百分比之間，該溶劑的含量介於35重量百分比至75重量百分比之間。
較佳的，該散熱塗料溶液於25°C下之黏度係介於5 cP至200 cP之間；該等樹脂凝膠微粒之平均粒徑介於0.1微米至10微米之間。據此，本發明之散熱塗料溶液不僅能具備良好的分散性，更能適用於使用濕式噴塗法將散熱塗料溶液形成於一電子產品或相關車用零組件產品上，以提升本發明之散熱塗料溶液的應用性。
較佳的，該未經改質之奈米碳材包含奈米石墨、奈米碳管、奈米碳球、奈米碳黑或其混合物；該未經改質之奈米碳材的比表面積係介於50 m2 /g至2000 m2 /g之間。較佳的，該未經改質之奈米碳材為奈米碳球，其粒徑1奈米至100奈米之間。
較佳的，該溶劑係選自於下列所組成之群組：甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、乙酸異戊酯、乙醇、異丙醇、正丁醇、水及其組合。據此，搭配前述選用的樹脂凝膠微粒的種類，能確保樹脂凝膠微粒在前述溶劑中具有良好的分散性。
較佳的，該散熱塗料溶液包括鈷藍，以散熱塗料溶液之總重為基準，鈷藍的含量介於1重量百分比至5重量百分比之間。據此，所述之散熱塗料溶液更能進一步提供良好的熱輻射之散熱效果。
依據本發明，「未經改質之奈米碳材」係指該一表面未經官能基進行化學改質之奈米碳材，故該未經改質之奈米碳材能保留原有的不飽和雙鍵結構及封閉的殼層結構，藉此確保包含其之散熱塗料溶液提供良好的熱輻射及熱傳導效果。舉例而言，當選用未經改質之奈米碳球作為未經改質之奈米碳材時，由於該未經改質之奈米碳球仍保留有完整的封閉球殼結構及石墨層結構，藉由該石墨層結構中的不飽和雙鍵結構能確保該未經改質之奈米碳球於630°C以上之空氣中仍具備良好的耐熱性，故包含其之散熱塗料溶液能得以提供良好的熱輻射及熱傳導之散熱效果。
本發明另提供一種散熱塗料溶液之應用，其包括使用濕式噴塗法將前述之散熱塗料溶液噴塗於一基材上；於25°C至300°C乾燥該散熱塗料溶液，以於該基材上形成一散熱塗層。
較佳的，當散熱塗料溶液中的樹脂凝膠微粒之材料為矽酸鹽樹脂；以散熱塗料溶液之總重為基準，該等矽酸鹽樹脂凝膠微粒的含量介於20重量百分比至60重量百分比之間，該溶劑的含量介於35重量百分比至75重量百分比之間。據此，該散熱塗料溶液能具備良好的耐熱性，故該散熱塗料溶液能以180°C至300°C之溫度下於一金屬基材上乾燥形成一散熱塗層；該金屬基材例如：鋁基材、汽車之渦輪增壓器或來令片等。
本發明又提供一種散熱裝置，該散熱裝置包含一熱導性基材及形成於該熱導性基材上之一散熱塗層，其中該熱導性基材之材料係為陶瓷、石墨、金屬、合金、半導體、樹脂，且該散熱塗層係由如前所述之散熱塗料溶液所形成。於此，本案可適用之熱導性基材可為陶瓷均溫板、石墨層、石墨棒、金屬熱導管、積體電路板、渦輪增壓器、散熱鰭片、晶圓、封裝元件等，但並非僅限於此。
綜上所述，本發明提供一種散熱塗料溶液，其不僅能提供良好的熱輻射之散熱效果，更能確保散熱塗料溶液中的樹脂凝膠微粒及未經改質之奈米碳材皆能具備良好的分散性，故本發明之散熱塗料溶液能適用以濕式噴塗法在各種材質之基材上形成一散熱塗層，藉此獲得廣泛的應用性。據此，由散熱塗料溶液所形成之散熱塗層不僅具有結構簡單及耐腐蝕性等特點，包含此種散熱塗層之散熱裝置更可以在不需耗費額外能源或無風的情況下提供良好的散熱效果。
以下，將藉由具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。
《實施例1：散熱塗料溶液》
本實施例選用之原料及其特性如下： 1.   樹脂凝膠微粒 材料：變性壓克力聚醇樹脂；       粒徑：0.1至0.5微米； 2.   溶劑 材料：二甲苯； 3.   奈米碳球       特性：未經官能基進行化學改質；       粒徑：約40奈米；       比表面積：65 m2 /g。
將前述原料混合並且攪拌至均勻狀態後，形成一散熱塗料溶液，於本實施例之散熱塗料溶液中，變性壓克力聚醇樹脂凝膠微粒分散於二甲苯中，且該未經改質之奈米碳球係附著於該等變性壓克力聚醇樹脂凝膠微粒之表面上。以散熱塗料溶液之總重為基準，該變性壓克力聚醇樹脂凝膠微粒的含量約35重量百分比，二甲苯的含量約63重量百分比，未經改質之奈米碳球的含量約2重量百分比。其中，該散熱塗料溶液於25°C下之黏度為10至100 cP；變性壓克力聚醇樹脂凝膠微粒分散於二甲苯中的平均粒徑約0.1至0.5微米之間。
《實施例2：散熱塗料溶液》
本實施例選用之原料及其特性如下： 1.   樹脂凝膠微粒 材料：矽酸鹽樹脂；       粒徑：0.1至0.5微米； 2.   溶劑 材料：異丙醇； 3.   奈米碳球       特性：未經官能基進行化學改質； 粒徑：40奈米； 比表面積：65 m2 /g。
將前述原料混合並且攪拌至均勻狀態後，形成一散熱塗料溶液，於本實施例之散熱塗料溶液中，矽酸鹽樹脂凝膠微粒分散於異丙醇中，且該未經改質之奈米碳球係附著於該等矽酸鹽樹脂凝膠微粒之表面上。於此，以散熱塗料溶液之總重為基準，該矽酸鹽樹脂凝膠微粒的含量約48重量百分比，異丙醇的含量約50重量百分比，未經改質之奈米碳球的含量約2重量百分比。其中，該散熱塗料溶液於25°C下之黏度為10至100 cP；矽酸鹽樹脂凝膠微粒分散於異丙醇中的平均粒徑約0.1至0.5微米之間。
《實施例3：散熱塗料溶液》
本實施例選用之原料及其特性如下： 1.   樹脂凝膠微粒 材料：矽酸鹽樹脂；       粒徑：0.1至0.5微米； 2.   溶劑 材料：異丙醇； 3.   奈米碳球       特性：未經官能基進行化學改質； 粒徑：40奈米； 比表面積：65 m2 /g； 4.   添加劑：               材料：鈷藍。
將前述原料混合並且攪拌至均勻狀態後，形成一散熱塗料溶液，於本實施例之散熱塗料溶液中，矽酸鹽樹脂凝膠微粒分散於異丙醇中，且該未經改質之奈米碳球係附著於該等矽酸鹽樹脂凝膠微粒之表面上，鈷藍則均勻分佈於溶劑之液相中。於此，以散熱塗料溶液之總重為基準，該矽酸鹽樹脂凝膠微粒的含量約46重量百分比，異丙醇的含量約50重量百分比，未經改質之奈米碳球的含量約2重量百分比之間，鈷藍的含量約2重量百分比。
《實施例4：散熱塗料溶液》
本實施例選用之原料及其特性如下： 1.   樹脂凝膠微粒 材料：矽酸鹽樹脂；       粒徑：0.1至0.5微米； 2.   溶劑 材料：水； 3.   奈米碳球       特性：未經官能基進行化學改質； 粒徑：40奈米； 比表面積：65 m2 /g。
將前述原料混合並且攪拌至均勻狀態後，形成一水性散熱塗料溶液，於本實施例之水性散熱塗料溶液中，矽酸鹽樹脂凝膠微粒分散於水中，且該未經改質之奈米碳球係附著於該等矽酸鹽樹脂凝膠微粒之表面上。於此，以水性散熱塗料溶液之總重為基準，該矽酸鹽樹脂凝膠微粒的含量約48重量百分比，異丙醇的含量約50重量百分比，未經改質之奈米碳球的含量約2重量百分比之間。其中，該水性散熱塗料溶液於25°C下之黏度為10至100 cP；矽酸鹽樹脂凝膠微粒分散於水中的平均粒徑約0.1至0.5微米之間。
《實施例5：散熱塗層》
本實施例選用實施例1之散熱塗料溶液為原料，以濕式噴塗法將該散熱塗料溶液噴塗於一鋁片上，再以80°C之溫度烘烤該鋁片30分鐘，藉以於該鋁片上形成一厚度約15微米之散熱塗層。
於此，所形成之散熱塗層為一透明散熱塗層。
《實施例6：散熱塗料溶液之應用》
本實施例選用實施例2之散熱塗料溶液為原料，以濕式噴塗法將該散熱塗料溶液噴塗於一馬口鐵上，再以200°C之溫度烘烤該馬口鐵30分鐘，藉以於該馬口鐵上形成一厚度約2.5微米之散熱塗層。
於此，所形成之散熱塗層為一霧面散熱塗層。
《實施例7：散熱塗料溶液之應用》
本實施例選用實施例3之散熱塗料溶液為原料，以濕式噴塗法將該散熱塗料溶液噴塗於一馬口鐵上，再以200°C之溫度烘烤該馬口鐵30分鐘，藉以於該馬口鐵上形成一厚度約2.5微米之散熱塗層。
於此，所形成之散熱塗層為一霧面散熱塗層。
《實施例8：散熱塗料溶液之應用》
本實施例選用實施例3之散熱塗料溶液為原料，以濕式噴塗法將該散熱塗料溶液噴塗於一銅箔上，再以200°C之溫度烘烤該銅箔20分鐘，藉以於該銅箔上形成一厚度約2.5微米之散熱塗層。
於此，所形成之散熱塗層為一霧面散熱塗層。
《實施例9：散熱塗料溶液之應用》
本實施例選用實施例4之水性散熱塗料溶液為原料，以濕式噴塗法將該水性散熱塗料溶液噴塗於一渦輪增壓器上，再以200°C之溫度烘烤該銅箔20分鐘，藉以於該銅箔上形成一厚度約2.5微米之散熱塗層。
於此，所形成之散熱塗層為一霧面散熱塗層。
《試驗例1：散熱塗料層應用於鋁片之散熱效果》
於本試驗例中，係以一般鋁片(未噴塗有散熱塗層)作為對照組，使用相同的試驗方法分析一般鋁片與實施例5中噴塗有散熱塗層的鋁片二者的散熱效果。
於本試驗方法中，係使用純電阻模擬熱源，設定輸入電流控制為0.81 A、輸入電壓控制為17 V、輸入功率為13.7 W，使鋁片之溫度經由相同熱源加熱而上升至最後熱流平衡1小時後，再量測達熱流平衡後一般鋁片及噴塗有實施例5之散熱塗層的鋁片分別藉由熱輻射而降溫的情況，以評斷其散熱效果。
經實驗結果顯示，一般鋁片之溫度約92°C，噴塗有實施例5之散熱塗層的鋁片之溫度約79°C，二者溫度相差13°C。由此可見，實施例5之散熱塗層能提供良好的熱輻射散熱效果。
《試驗例2：散熱塗料層應用於馬口鐵之散熱效果》
於本試驗例中，係以一般馬口鐵(未噴塗有散熱塗層)作為對照組，使用相同的試驗方法分析一般馬口鐵與實施例6、7中噴塗有散熱塗層的馬口鐵三者的散熱效果。
於本試驗方法中，先使用純電阻模擬熱源，藉由調控輸入電流、輸入電壓的大小控制輸入功率值，使前述馬口鐵之溫度經由相同熱源加熱而皆上升至最後熱流平衡1小時後，再量測達熱流平衡時的溫度大小以及達熱流平衡後一般馬口鐵及噴塗有實施例6、7之散熱塗層的馬口鐵分別藉由熱輻射而降溫的情況，以評斷與比較二者的散熱效果。詳細試驗結果如下表1所示，其中散熱塗層所提供之散熱效果係由一般馬口鐵分別與實施例6或7之噴塗有散熱塗層的馬口鐵二者之溫度差表示之。  
《試驗例3：散熱塗料層應用於銅箔之散熱效果》
於本試驗例中，係以一般銅箔(未噴塗有散熱塗層)作為對照組，使用相同的試驗方法分析一般銅箔與實施例8中噴塗有散熱塗層的銅箔二者的散熱效果。
於本試驗方法中，係將輸入電流控制為0.32 A、輸入電壓控制為9 V，以輸入功率為10 W之條件下，使銅箔之溫度經由相同熱源加熱而上升至最後熱流平衡1小時後，再量測達熱流平衡後一般銅箔及噴塗有實施例8之散熱塗層的銅箔分別藉由熱輻射而降溫的情況，以評斷其散熱效果。
經實驗結果顯示，一般銅箔之溫度約58°C，噴塗有實施例8之散熱塗層的銅箔之溫度約51°C，二者溫度相差7°C。由此可見，實施例8之散熱塗層確實能提供良好的熱輻射散熱效果。
《試驗例4：散熱塗料層應用於渦輪增壓器之散熱效果》
於本試驗例中，係以一般渦輪增壓器(未噴塗有散熱塗層)作為對照組，使用瓦斯加熱器模擬汽車發動引擎後產生的高溫環境，另於一般渦輪增壓器與噴塗有實施例9之散熱塗層的渦輪增壓器各自取三處連接熱電偶器，以藉由熱電偶器量測一般渦輪增壓器與噴塗有實施例9之散熱塗層的渦輪增壓器上三處不同位置的溫度變化。詳細試驗結果如下表2、表3所示。
如上表2及3所示，噴塗有實施例9之散熱塗層的渦輪增壓器在受到相同的瓦斯加熱器加熱後，渦輪增壓器之平均升溫速率明顯低於未噴塗有散熱塗層的渦輪增壓器，顯示該散熱塗層確實能提供良好的散熱、降溫效果；此外，相較於一般渦輪增壓器上之溫度值，在渦輪增壓器之表面噴塗散熱塗層後能使渦輪增壓器之溫度分別下降約219°C、196.3°C及211.7°C。經由上述實驗結果證實，使用含有未經改質之奈米碳球及矽酸鹽樹脂凝膠微粒的散熱塗料溶液於渦輪增壓器之表面形成散熱塗層，不僅能在850°C以上、甚至是900°C以上之高溫環境中具備提供良好的耐熱性，更能於此高溫環境下提供良好的散熱效果。
無。
無。
無。

Claims (12)

  1. 一種散熱塗料溶液，其包括一未經改質之奈米碳材、複數樹脂凝膠微粒及一溶劑，該等樹脂凝膠微粒係分散於該溶劑中，且該未經改質之奈米碳材係附著於該等樹脂凝膠微粒之表面上，且該等樹脂凝膠微粒之材料包括變性壓克力聚醇樹脂、矽酸鹽樹脂、矽氧烷樹脂或氟碳樹脂；其中，以散熱塗料溶液之總重為基準，該未經改質之奈米碳材的含量介於0.1重量百分比至10重量百分比之間。
  2. 如請求項1所述之散熱塗料溶液，其中以散熱塗料溶液之總重為基準，該等樹脂凝膠微粒的含量介於20重量百分比至60重量百分比之間，該溶劑的含量介於35重量百分比至75重量百分比之間。
  3. 如請求項1所述之散熱塗料溶液，其中該散熱塗料溶液於25°C下之黏度係介於5 cP至200 cP之間。
  4. 如請求項1所述之散熱塗料溶液，其中該等樹脂凝膠微粒之平均粒徑介於0.1微米至10微米之間。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之散熱塗料溶液，其中該未經改質之奈米碳材的比表面積係介於50 m2 /g至2000 m2 /g之間。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之散熱塗料溶液，其中該未經改質之奈米碳材包含奈米石墨、奈米碳管、奈米碳球、奈米碳黑或其混合物。
  7. 如請求項6所述之散熱塗料溶液，其中該未經改質之奈米碳材為奈米碳球，該奈米碳球的粒徑係介於1奈米至100奈米之間。
  8. 如請求項1至4中任一項所述之散熱塗料溶液，其中該溶劑選自於下列所組成之群組：甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、乙酸異戊酯、乙醇、異丙醇、正丁醇、水及其組合。
  9. 如請求項1至4中任一項所述之散熱塗料溶液，其中該散熱塗料溶液包括鈷藍，以散熱塗料溶液之總重為基準，鈷藍的含量介於1重量百分比至5重量百分比之間。
  10. 一種如請求項1至9中任一項所述之散熱塗料溶液的應用，其包括使用濕式噴塗法將散熱塗料溶液噴塗於一基材上；於25°C至300°C乾燥該散熱塗料溶液，以於該基材上形成一散熱塗層。
  11. 如請求項10所述之散熱塗料溶液的應用，其中該基材為一金屬基材，且該散熱塗料溶液包括於180°C至300°C下乾燥，藉以於該金屬基材上形成該散熱塗層。
  12. 一種散熱裝置，該散熱裝置包含一熱導性基材及形成於該熱導性基材上之一散熱塗層，其中該熱導性基材之材料係為陶瓷、石墨、金屬、合金、半導體或樹脂，且該散熱塗層係由如請求項1至9中任一項所述之散熱塗料溶液所形成。
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