專利名稱：一種膨化性高散熱材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及散熱材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電子產(chǎn)品、機(jī)械、電力、通信、化工等諸多領(lǐng)域，在產(chǎn)品的加工、生產(chǎn)的過(guò)程中，以及使用的過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生數(shù)量不同的熱量。產(chǎn)生的熱量如果不能得到有效的散發(fā)，對(duì)產(chǎn)品的加工及使用，均有可能造成影響。溶膠或溶液中的膠體粒子或高分子在一定條件下互相連接，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 結(jié)構(gòu)空隙中充滿了作為分散介質(zhì)的液體，在干凝膠中也可以是氣體，這樣一種特殊的分散體系稱作凝膠。分散介質(zhì)為液體時(shí)稱液凝膠，分散介質(zhì)為氣體時(shí)稱氣凝膠，對(duì)于氣凝膠，由于其網(wǎng)狀空隙中為導(dǎo)熱率非常低的氣體，因此被認(rèn)為是超級(jí)絕熱材料。如果能夠在凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中填充高導(dǎo)熱材料，將是一種性能良好的導(dǎo)熱材料。在本發(fā)明中，會(huì)應(yīng)用到具有高散熱性能的膜材料。其中，利用碳成分所制作的高散熱石墨膜，具有很高的散熱能力，可以達(dá)到1500 1750W/m · K。而目前作為研究熱點(diǎn)的石墨烯材料，則具有更加強(qiáng)大的散熱能力，其熱導(dǎo)率約為 5000ff/m · K。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種膨化性高散熱材料及其制備方法。利用本發(fā)明，通過(guò)將高導(dǎo)熱材料應(yīng)用到凝膠制品中，制備一種膨化性的高散熱材料。本發(fā)明所述的膨化性高散熱材料，由凝膠和分散在凝膠內(nèi)的高散熱膜片組成。優(yōu)選的，所述的凝膠為氣凝膠、液凝膠其中之一；其中氣凝膠為硅氣凝膠、氧化物氣凝膠、有機(jī)氣凝膠、炭氣凝膠其中之一。優(yōu)選的，所述的高散熱膜片，為石墨膜片和石墨烯膜片兩者至少其一；高散熱膜片的寬度范圍是0. OOl-lOmm，高散熱膜片的長(zhǎng)度范圍為0. l_300mm。優(yōu)選的，在膨化性高散熱材料中，高散熱膜片占總散熱材料的質(zhì)量比為 0. 1% -30%。優(yōu)選的，根據(jù)高散熱材料中凝膠類型的不同，膨化性高散熱材料的制備方法有以下幾種不同的方式方法1，液凝膠膨化性高散熱材料的制備方法，包括以下步驟步驟1，將前驅(qū)物在液相下混合，形成溶膠體系；步驟2，將高散熱膜片分散于溶膠體系中；步驟3，溶膠形成凝膠，轉(zhuǎn)化為膨化性高散熱材料。優(yōu)選的，所述的前驅(qū)物為金屬醇鹽、有機(jī)酸鹽、無(wú)機(jī)鹽其中之一的化合物。優(yōu)選的，在步驟2中加入聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、硅酸鹽其中之一的分散劑。方法2，氣凝膠膨化性高散熱材料的制備方法。
在方法1中制備液凝膠膨化性高散熱材料的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將制備的液凝膠膨化性高散熱材料進(jìn)行干燥處理，使分散在液凝膠中的液態(tài)物質(zhì)蒸發(fā)掉，從而形成氣凝膠的膨化性高散熱材料。優(yōu)選的，液凝膠膨化性高散熱材料的干燥方法采用，冷凍干燥法、溶劑置換干燥法、超臨界流體干燥法其中之一的方法。方法3，炭氣凝膠膨化性高散熱材料的制備方法，包括以下步驟，步驟1，將有機(jī)前驅(qū)物在液相下混合；步驟2，將高散熱膜片分散于前述溶液中，并加入堿催化劑；步驟3，有機(jī)前驅(qū)物在堿催化劑作用下，發(fā)生縮聚反應(yīng)形成濕凝膠，將濕凝膠進(jìn)行干燥，形成有機(jī)氣凝膠；步驟4，將有機(jī)氣凝膠炭化，形成炭氣凝膠的膨化性高散熱材料。優(yōu)選的，所述的有機(jī)前驅(qū)物為間苯二酚和甲醛、三聚氰胺和甲醛、酚醛樹(shù)脂和糠醛、線性高分子N-羥甲基丙烯酰胺與間苯二酚、混甲酚和甲醛、間甲酚和甲醛、2，4_ 二羥基苯甲酸和甲醛其中之一的組合物。優(yōu)選的，所述步驟5中將有機(jī)氣凝膠炭化，是在惰性氣氛下或真空條件下進(jìn)行的。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例所示的膨化性高散熱材料的示意圖。圖2是本發(fā)明所述的膨化性高散熱材料制備方法一的流程圖。圖3是本發(fā)明所述的膨化性高散熱材料制備方法二的流程圖。圖4是本發(fā)明所述的膨化性高散熱材料制備方法三的流程圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，提供了一種膨化性高散熱材料及其相應(yīng)的制備方法。下面結(jié)合圖1 所示，首先對(duì)制備的產(chǎn)品膨化性高散熱材料作詳細(xì)描述。如圖1所示，展示的是一種膨化性高散熱材料的示意圖，膨化性高散熱材料100， 是由凝膠110以及分散在凝膠內(nèi)的高散熱膜片120組成。所述的凝膠110，是指溶膠或溶液中的膠體粒子或高分子在一定條件下互相連接， 形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)空隙中充滿的分散介質(zhì)為液體時(shí)為液凝膠，結(jié)構(gòu)空隙中充滿的分散介質(zhì)為氣體時(shí)則是氣凝膠，如果由有機(jī)氣凝膠再進(jìn)行進(jìn)一步炭化則形成炭氣凝膠。本發(fā)明中所述的凝膠110為液凝膠、氣凝膠、炭氣凝膠其中之一的凝膠材料。液凝膠根據(jù)分散相介質(zhì)的不同主要有水凝膠和醇凝膠，水凝膠的分散相介質(zhì)是水，由水溶性分子經(jīng)過(guò)交聯(lián)后形成，醇凝膠的分散相介質(zhì)是醇類，由疏水性分子經(jīng)過(guò)交聯(lián)后形成。氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，密度非常小，有時(shí)也被稱為“固態(tài)煙”或“凍住的煙”。 氣凝膠的制備方法一般是采用溶膠-凝膠法制備濕凝膠，濕凝膠經(jīng)溶劑置換和超臨界工作得到相應(yīng)的氣凝膠。目前氣凝膠主要有硅氣凝膠、氧化物氣凝膠、有機(jī)氣凝膠等，對(duì)于氧化物氣凝膠常見(jiàn)的有氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、二氧化鈦氣凝膠等等，對(duì)于有機(jī)氣凝膠常見(jiàn)的有糠醛酚醛基有機(jī)氣凝膠、對(duì)苯二酚-甲醛有機(jī)氣凝膠、多異氰酸酯基有機(jī)氣凝膠等等。由有機(jī)氣凝膠進(jìn)一步炭化則形成炭氣凝膠。炭氣凝膠是唯一具有導(dǎo)電性的氣凝膠，應(yīng)用前景非常廣闊。所述的高散熱膜片120，為石墨膜片和石墨烯膜片兩者至少其一；高散熱膜片的寬度范圍是0. OOl-lOmm，高散熱膜片的長(zhǎng)度范圍為0. l_300mm。在膨化性高散熱材料中，高散熱膜片占總散熱材料的質(zhì)量比為0. 1% -30%。利用碳成分所制作的高散熱石墨膜，具有很高的散熱能力，可以達(dá)到1500 1750W/m*K。而目前作為研究熱點(diǎn)的石墨烯材料，則具有更加強(qiáng)大的散熱能力，其熱導(dǎo)率約為5000W/m*K。本發(fā)明以石墨膜片或石墨烯膜片作為散熱介質(zhì)，將其摻和在凝膠材料中，從而制得高散熱的膨化性材料。膨化性高散熱材料中凝膠類型有液凝膠、氣凝膠、炭氣凝膠幾種類型，根據(jù)凝膠類型的不同，膨化性高散熱材料的制備方法有以下幾種不同的方式如圖2所示，展示的是凝膠類型為液凝膠時(shí)相應(yīng)的制備方法，結(jié)合前面關(guān)于產(chǎn)品的描述，下面對(duì)制備方法作詳細(xì)描述。步驟1，將前驅(qū)物在液相下混合，形成溶膠體系。所述的前驅(qū)物是指含高化學(xué)活性組分的化合物，如金屬醇鹽、有機(jī)酸鹽、無(wú)機(jī)鹽等，這些前驅(qū)物在液相下混合后，會(huì)發(fā)生水解、縮合反應(yīng)，形成溶膠體系，該體系具有液體特征，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1 IOOOnm之間。步驟2，將高散熱膜片分散于溶膠體系中。所述的高散熱膜片為石墨膜片和石墨烯膜片兩者至少其一；分散于溶膠體系中的高散熱膜片尺寸范圍為寬度0. OOl-lOmm，長(zhǎng)度0. l_300mm ；高散熱膜片在溶膠體系中的比例根據(jù)制備的散熱材料要達(dá)到的散熱性能而定，一般情況下，高散熱膜片占總散熱材料的質(zhì)量比為0. 1% -30%。步驟3，溶膠形成凝膠，轉(zhuǎn)化為膨化性高散熱材料。溶膠經(jīng)陳化膠粒間發(fā)生聚合，形成凝膠體系，該體系具有固體特征，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充滿失去流動(dòng)性的液體，高散熱膜片摻和在液凝膠體系中，形成液凝膠的膨化性高散熱材料。如圖3所示，展示的是凝膠類型為氣凝膠時(shí)相應(yīng)的制備方法。氣凝膠是在制備液凝膠的基礎(chǔ)上，由液凝膠經(jīng)過(guò)干燥將分散在空隙中的液體蒸發(fā)，骨架空隙中為氣體時(shí)，即為氣凝膠。因此氣凝膠膨化性高散熱材料，制備液凝膠膨化性高散熱材料的基礎(chǔ)上，又增加了第四個(gè)步驟步驟4，將濕凝膠進(jìn)行干燥，形成氣凝膠的膨化性高散熱材料。所述的的干燥方法采用，冷凍干燥法、溶劑置換干燥法、超臨界流體干燥法其中之一的方法。如圖4所示，展示的是炭氣凝膠膨化性高散熱材料的制備方法，下面對(duì)該制備方法作詳細(xì)描述。步驟1，將有機(jī)前驅(qū)物在液相下混合。由于炭氣凝膠是在氣凝膠的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步炭化形成的，其網(wǎng)狀骨架的聚合物應(yīng)該為有機(jī)聚合物，因此在開(kāi)始的步驟中需要采用有機(jī)前驅(qū)物，舉例來(lái)說(shuō)，如間苯二酚和甲醛、三聚氰胺和甲醛、酚醛樹(shù)脂和糠醛、線性高分子N-羥甲基丙烯酰胺與間苯二酚、混甲酚一甲醛、間甲酚-甲醛、2，4_ 二羥基苯甲酸-甲醛等。步驟2，將高散熱膜片分散于前述溶液中，并加入堿催化劑。前述步驟中加入的前驅(qū)物，在堿催化劑的作用下，才會(huì)發(fā)生縮聚反應(yīng)。所述的堿催化劑為碳酸鈉、碳酸鉀等。步驟3，有機(jī)前驅(qū)物在堿催化劑作用下發(fā)生縮聚反應(yīng)形成濕凝膠，將濕凝膠進(jìn)行干燥，形成有機(jī)氣凝膠。目前，有機(jī)氣凝膠的干燥方式主要有三種超臨界干燥、冷凍干燥、溶劑置換干燥。 超臨界干燥一般以二氧化碳作為介質(zhì)；冷凍干燥是將凝膠中的分散液體冷凍成固體，然后使其中的溶劑升華；溶劑置換干燥是通過(guò)易揮發(fā)的液體置換凝膠中的液體成分，然后再進(jìn)行干燥。步驟4，將有機(jī)氣凝膠炭化，形成炭氣凝膠的膨化性高散熱材料。有機(jī)氣凝膠的炭化過(guò)程是在惰性氣氛下或真空條件下進(jìn)行的，形成的炭氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能，受不同因素的影響，如700 900°C時(shí)的升溫速率、炭化溫度、炭化時(shí)間等都有影響。以上是對(duì)本發(fā)明的描述而非限定，基于本發(fā)明思想的其它實(shí)施方式，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種膨化性高散熱材料，其特征在于該散熱材料由凝膠和分散在凝膠內(nèi)的高散熱膜片組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膨化性高散熱材料，其特征在于所述的凝膠為氣凝膠、 液凝膠其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種膨化性高散熱材料，其特征在于所述的氣凝膠為硅氣凝膠、氧化物氣凝膠、有機(jī)氣凝膠、炭氣凝膠其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膨化性高散熱材料，其特征在于所述的高散熱膜片，為石墨膜片和石墨烯膜片兩者至少其一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膨化性高散熱材料，其特征在于所述的高散熱膜片的寬度范圍是0. OOl-IOmm,高散熱膜片的長(zhǎng)度范圍為0. l_300mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膨化性高散熱材料，其特征在于所述的膨化性高散熱材料中，高散熱膜片占總散熱材料的質(zhì)量比為0. 1% -30%。
7.一種膨化性高散熱材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟，步驟1，將前驅(qū)物在液相下混合，形成溶膠體系；步驟2，將高散熱膜片分散于溶膠體系中；步驟3，溶膠形成凝膠，轉(zhuǎn)化為膨化性高散熱材料。
8.一種膨化性高散熱材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟，步驟1，將前驅(qū)物在液相下混合，形成溶膠體系；步驟2，將高散熱膜片分散于溶膠體系中；步驟3，溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)闈衲z；步驟4，將濕凝膠進(jìn)行干燥，形成氣凝膠的膨化性高散熱材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種膨化性高散熱材料的制備方法，其特征在于所述的前驅(qū)物為金屬醇鹽、有機(jī)酸鹽、無(wú)機(jī)鹽其中之一的化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種膨化性高散熱材料的制備方法，其特征在于在步驟2中加入聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、硅酸鹽其中之一的分散劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種膨化性高散熱材料的制備方法，其特征在于步驟4中濕凝膠干燥方法采用，冷凍干燥法、溶劑置換干燥法、超臨界流體干燥法其中之一的方法。
12.—種膨化性高散熱材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟，步驟1，將有機(jī)前驅(qū)物在液相下混合；步驟2，將高散熱膜片分散于前述溶液中，并加入堿催化劑；步驟3，有機(jī)前驅(qū)物在堿催化劑作用下，發(fā)生縮聚反應(yīng)形成濕凝膠，將濕凝膠進(jìn)行干燥， 形成有機(jī)氣凝膠；步驟4，將有機(jī)氣凝膠炭化，形成炭氣凝膠的膨化性高散熱材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種膨化性高散熱材料的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)前驅(qū)物為間苯二酚和甲醛、三聚氰胺和甲醛、酚醛樹(shù)脂和糠醛、混甲酚和甲醛、間甲酚和甲醛、2，4_ 二羥基苯甲酸和甲醛其中之一的組合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種膨化性高散熱材料的制備方法，其特征在于所述步驟5中將有機(jī)氣凝膠炭化，是在惰性氣氛下或真空條件下進(jìn)行炭化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種膨化性高散熱材料及其制備方法，屬于散熱技術(shù)領(lǐng)域。該散熱材料由凝膠和分散在凝膠內(nèi)的高導(dǎo)熱膜片組成。所述的凝膠為液凝膠、氣凝膠、炭氣凝膠，所述的高導(dǎo)熱膜片為石墨膜片或石墨烯膜片，高導(dǎo)熱膜片的寬度范圍是0.001-10mm，高導(dǎo)熱膜片的長(zhǎng)度范圍為0.1-300mm，高導(dǎo)熱膜片占總散熱材料的質(zhì)量比為0.1％-30％。利用本發(fā)明，通過(guò)將高導(dǎo)熱材料應(yīng)用到凝膠制品中，獲得一種膨化性高散熱材料，實(shí)現(xiàn)了一種新型的輕質(zhì)高散熱材料。
文檔編號(hào)C09K5/14GK102559149SQ201010618508
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:上海杰遠(yuǎn)環(huán)保科技有限公司