一種氧化鎂納米晶包覆石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低電導(dǎo)率高導(dǎo)熱率的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，具體涉及一種氧化鎂納米晶包覆石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，各種電路器件不斷沿集成化、微型化的趨勢(shì)發(fā)展，由此引發(fā)的問題是電子元器件在工作過程中容易產(chǎn)生大量的熱量，并嚴(yán)重影響電路器件工作的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命等。因此，在電子元器件的封裝領(lǐng)域，需要開發(fā)新的高導(dǎo)熱率的電子封裝材料，將工作廢熱及時(shí)導(dǎo)向環(huán)境而不滯留在設(shè)備內(nèi)部。環(huán)氧樹脂是電子封裝材料中用量最大的塑料制品之一，為提高環(huán)氧樹脂電子封裝材料的導(dǎo)熱率，通常向基體樹脂中添加高導(dǎo)熱系數(shù)的無機(jī)填料，如石墨、碳纖維、碳化硅、氮化硼、氧化鋁、銀及其它金屬或無機(jī)非金屬填料。這些填料具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，在環(huán)氧樹脂基體中形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，可有效提高基體的導(dǎo)熱系數(shù)。但是，為了達(dá)到高導(dǎo)熱系數(shù)，填料必須在高填充量時(shí)才能發(fā)揮較好的導(dǎo)熱效果，造成了樹脂封裝材料的加工性能和力學(xué)性能劣化。
[0003]近年來，碳納米材料(如碳納米管、石墨烯)逐漸被用來作為導(dǎo)熱填料以增強(qiáng)高分子基體的導(dǎo)熱系數(shù)。單壁碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)為6000W/m.K，多壁碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)為3000ff/m*K ;而石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)也高達(dá)5000W/m.Κ以上，且導(dǎo)熱方向?yàn)槎S的，因此將上述碳納米材料作為導(dǎo)熱填料具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。然而，這些高導(dǎo)熱系數(shù)的填料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，填充到樹脂基體中提高了基體的電導(dǎo)率，不能很好的滿足封裝材料對(duì)電氣絕緣性能的要求。因此，如何降低石墨烯填充的樹脂基體的電導(dǎo)率，并改善復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，將在電子封裝材料領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種低電導(dǎo)率高導(dǎo)熱率的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法，所述的復(fù)合材料具有較高導(dǎo)熱性能和良好的電氣絕緣性能，在高熱絕緣材料領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種氧化鎂納米晶包覆石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，以環(huán)氧樹脂、氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料、固化劑和有機(jī)溶劑為原料制備而成，環(huán)氧樹脂與氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料的質(zhì)量比為(10?1000): 1，固化劑的添加量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的5?50%，氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料與有機(jī)溶劑的料液比為(5?20):lmg/ml。
[0007]根據(jù)上述方案，所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型E-51或雙酚A型E_44或雙酚F型樹脂。
[0008]根據(jù)上述方案，所述氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料的制備方法為:將氧化石墨加入到去離子水中，超聲分散0.5?2h，得氧化石墨烯溶液；向所得氧化石墨烯溶液中，加入可溶性鎂鹽，在攪拌條件下升溫至60?100°C，然后逐滴加入堿性溶液，并加熱回流4?12h，反應(yīng)完成后進(jìn)行抽濾，將得到的過濾物在60?100°C下烘干，得到氫氧化鎂包覆氧化石墨烯灰褐色固體；將得到的灰褐色固體加入去離子水中，超聲分散0.5?2h，再向其中加入還原劑，在攪拌條件下、在60?100°C加熱回流6?24h后，經(jīng)抽濾、烘干，得氫氧化鎂包覆還原石墨烯灰黑色固體；將得到的灰黑色固體在惰性氣體保護(hù)下，經(jīng)500?700°C煅燒2?5h，得所述的氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料。
[0009]根據(jù)上述方案，所述可溶性鎂鹽與氧化石墨的質(zhì)量比為(I?30):1 ;所述氧化石墨烯溶液濃度為0.5?5mg/ml ;所述可溶性鎂鹽為硫酸鎂、氯化鎂、硝酸鎂或它們的水合物；堿性水溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水，所添加的堿性溶液中氫氧根離子與可溶性鎂鹽中的鎂離子的摩爾比為(2?4):1 ;所述還原劑為硼氫化鈉、乙二胺或水合肼，還原劑與氫氧化鎂包覆氧化石墨烯的質(zhì)量比為(I?30):1。
[0010]根據(jù)上述方案，所述氨水的濃度為28wt%，密度為0.89g/ml ;氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度為10?50mg/ml。
[0011]根據(jù)上述方案，所述的固化劑為1-乙基咪唑、2-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、593固化劑或甲基四氫鄰苯二甲酸酐。
[0012]根據(jù)上述方案，所述的有機(jī)溶劑為乙醇、丙酮、四氫呋喃或氯仿。
[0013]上述一種氧化鎂納米晶包覆石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:將氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料加入到有機(jī)溶劑里，超聲分散0.5?2h得分散液，再依次將環(huán)氧樹脂和固化劑添加到分散液中，首先在70?90°C超聲分散0.5?2h，然后強(qiáng)力攪拌0.5?3h，形成氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料均勻分散的環(huán)氧樹脂液；然后，將得到環(huán)氧樹脂液進(jìn)行真空脫氣泡后，澆鑄在不銹鋼模具上，并在室溫至150°C的條件下固化12?48h，最后脫模后得到所述的氧化鎂納米晶包覆石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0015]I)氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料利用氧化鎂的絕緣性能，將氧化鎂包覆在石墨烯的表面，提高該復(fù)合材料的絕緣性能；同時(shí)結(jié)合氧化鎂和石墨烯的導(dǎo)熱性能，使該復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的導(dǎo)熱性。將所述氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料應(yīng)用于環(huán)氧樹脂，可明顯降低環(huán)氧樹脂的導(dǎo)電性能并提高其導(dǎo)熱性能。
[0016]2)氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料改善了石墨烯在環(huán)氧樹脂中分散性，可提高復(fù)合材料的力學(xué)性能并形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，使氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料在添加量較少的情況下即可表現(xiàn)出良好的絕緣導(dǎo)熱性能。
[0017]3)所述氧化鎂納米晶包覆石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備方法簡(jiǎn)單、效率高、成本低、工業(yè)化生產(chǎn)潛力巨大，所得產(chǎn)品具有良好的導(dǎo)熱性能和優(yōu)異的絕緣性能。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]—種氧化鎂納米晶包覆石墨稀-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，由以下步驟制備而成:
[0022]I)將10mg氧化石墨加入10ml去離子水中，超聲分散lh，獲得氧化石墨烯溶液，再向其中加入2g六水合氯化鎂(0.0lmol)，在攪拌下升溫至80°C，向其中逐滴加入40ml氫氧化鈉溶液(20mg/ml)，并加熱回流12h，反應(yīng)完成后，反應(yīng)完成后進(jìn)行抽濾，將得到的過濾物在80°C下烘干，得氫氧化鎂包覆氧化石墨烯灰褐色固體；取10mg氫氧化鎂包覆氧化石墨烯加入10ml的去離子水中，超聲分散lh，然后加入Ig的硼氫化鈉，在攪拌條件下、在80°C加熱回流6h后，經(jīng)抽濾、80°C下烘干，得氫氧化鎂包覆還原石墨烯灰黑色固體。再將氫氧化鎂包覆還原石墨烯在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，經(jīng)600°C煅燒3h，得氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料。
[0023]2)取800mg氧化鎂納米晶包覆石墨稀復(fù)合材料加入到160ml乙醇中(5mg/ml)，超聲分散0.5h得分散液，依次將800g雙酚A型E-51環(huán)氧樹脂和40g 2-乙基-4-甲基咪唑添加到分散液中，先在70°C超聲分散0.5h，緊接著機(jī)械強(qiáng)力攪拌0.5h，形成氧化鎂納米晶包覆石墨烯復(fù)合材料均勻分散的環(huán)氧樹脂液。然后，將得到的環(huán)氧樹脂液進(jìn)行真空脫氣泡后，澆鑄在不銹鋼模具上，并在室溫條件下固化12h，脫模后得所述氧化鎂納米晶包覆石墨稀-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
[0024]將本實(shí)施例制得的氧化鎂納米晶包覆石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進(jìn)行導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能測(cè)試，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.2