CN105086659A - 高导热纳米碳铜箔的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高导热纳米碳铜箔的制备方法，包括以下工艺步骤：a）配置粘结剂；b)配置散热浆料；c)涂布及加热烘干处理：将步骤b制备的散热浆料均匀涂布至铜箔表面，然后加热烘干处理，即可获得所需的高导热纳米碳铜箔。
Description
技术领域
本发明涉及一种高导热复合材料的制备方法，特别涉及一种高导热纳米碳铜箔的制备方法。
背景技术
随着微电子集成技术的高速发展，电子元器件的尺寸、体积正在急剧缩小，由此带来的散热困难严重影响到了电子器件的精度和寿命，成为器件微型化的技术瓶颈，在很大程度上制约了集成技术的进一步发展。有资料显示，温度每升高2℃，电子器件的稳定性降低约10%；若达到50℃，那么其寿命仅为25℃时的17%左右。因此，对电子器件进行及时而高效的散热是其可靠使用的关键。传统导热材料如金属、无机陶瓷和金属氧化物等，虽导热性良好，但存在诸多缺陷，如单一使用金属材料难以满足绝缘性、化学稳定性等要求；无机陶瓷则存在抗冲击性能差、不易加工等问题。在科学技术和国民经济日益成长的当下，对导热材料的功能多样性也相应提出了更高的要求，如要求导热材料具有轻质、易加工成型、力学性能佳、耐化学腐蚀、电绝缘、低成本等优良的综合性能。传统导热材料因自身的局限性（主要表现在单一使用时）已经无法满足工业和科技的发展需求，如电子元器件所需的高导热柔性聚合物界面材料，以及化工换热器中具有卓越耐化学腐蚀的轻质导热聚合物材料等。
近期，导热复合材料以其低成本、易加工、良好的力学及电绝缘性等优势而受到广泛地关注，其应用更是囊括了诸如LED照明、太阳能、微电子、电气电工、航空航天等领域，形成了一种逐步取代传统导热材料的趋势。故而，高导热复合材料及其制备方法成为目前研究热点。
目前，高导热复合材料以填充型为主，即将具有高导热性填料粒子分散于高分子基体，形成具有优异力学和导热性能的复合材料，其导热能力可用热导率来衡量，数值越大表示材料的导热性能越好。对于填充型复合材料而言，热导率主要取决于高分子基体与导热填料的本征散热性能，以及填料的分散状态，其中导热填料在高分子基体中的分散性是影响材料导热性的重要因素。基于纳米填料的催化效应，纳米粒子更易在高分子基体内部形成导热通道，降低材料内部的孔隙率；相同条件下，比微米粒子更能提高材料的热导率和力学性能，且耐疲劳性更优。然而，纳米粒子的易团聚性会严重阻碍热量的有效传递，故纳米粒子的分散问题成为导热复合材料制备方法中研究的难点。此外，当填料用量较少时，填料粒子之间是彼此孤立的，没有相互接触，体系的热导率无法明显提高；随着填料含量的增加，粒子开始相互接触，当超过形成导热通道的临界值时，热量才能经此通道进行快速扩散，材料的导热能力才能显著提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高导热纳米碳铜箔的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a）配置粘结剂：该粘结剂按重量百分比包括：5~40%树脂和60~95%的极性溶剂，将树脂倒入极性溶剂中并在室温下搅拌0.5~2小时；
b)配置散热浆料：该散热浆料按重量百分比包括1~20%石墨烯、1~15%碳纳米管、1~20%碳化硅以、2~25%氮化硼，4~25%极性溶剂和5~20%的步骤a所制备的粘结剂，首先按上述重量百分比将石墨烯、碳纳米管、碳化硅、氮化硼分别倒入装有极性溶剂的容器中，在室温下搅拌0.5~3小时，然后加入上述重量百分比的步骤a所制备的粘结剂中，继续搅拌2~8小时；
c)涂布及烘干处理：将步骤b制备的散热浆料均匀涂布至铜箔表面，然后加热烘干处理，即可获得所需的高导热纳米碳铜箔。
本发明更进一步的技术特征是：
所述步骤a中的树脂为聚偏氟乙烯或环氧树脂或聚氨酯或聚丙烯酸酯。
所述步骤a和步骤b中的极性溶剂为N-甲基吡咯烷酮时，在所述步骤c的加热烘干处理中，加热温度为85~95℃，加热时间为2~10分钟。
所述步骤a和步骤b中的极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺时，在所述步骤c的加热烘干处理中，加热温度为75~85℃，加热时间为2~10分钟。
所述步骤a和步骤b中的极性溶剂为丙酮时，在所述步骤c的加热烘干处理中，加热温度为45~55℃，加热时间为2~10分钟。
所述步骤a和步骤b中的极性溶剂为水时，在所述步骤c的加热烘干处理中，加热温度为65~75℃，加热时间为2~10分钟。
本发明的有益效果是：
由于本发明粘结剂选用树脂和极性溶剂，成膜机理为挥发成膜，期间无任何化学反应，使得成品的质量更加稳定；另外，浆料配置使高导热填料在高分子基体中的分散更加均匀，实现了高导热纳米填料在粘结剂体系中的优异分散；另外涂布采用光辊涂布工艺，将散热浆料转移至铜箔表面从而完成涂布，通过调整上胶辊和涂布辊的间隙即可控制涂布量，涂布效果较好、涂层厚度灵活可控、涂布精度高。
具体实施方式
实施例1：
一种高导热纳米碳铜箔的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a）配置粘结剂：按重量百分比将5%聚偏氟乙烯倒入95%的N-甲基吡咯烷酮中，并在室温下搅拌0.5~2小时；
b)配置散热浆料：按重量百分将1%石墨烯、15%碳纳米管、20%碳化硅以、20%氮化硼倒入25%N-甲基吡咯烷酮中，在室温下搅拌0.5~3小时，然后加入19%的步骤a所制备的粘结剂中，继续搅拌2~8小时；
c)涂布及烘干处理：将步骤b制备的散热浆料用光辊涂布工艺均匀涂布至铜箔表面，然后加热烘干处理，加热温度为85~95℃，加热时间为2~10分钟，即可获得所需的高导热纳米碳铜箔。
实施例2：
一种高导热纳米碳铜箔的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a）配置粘结剂：按重量百分比将40%环氧树脂倒入60%的N,N-二甲基甲酰胺中，并在室温下搅拌0.5~2小时；
b)配置散热浆料：按重量百分将15%石墨烯、14%碳纳米管、1%碳化硅以、25%氮化硼倒入25%N,N-二甲基甲酰胺中，在室温下搅拌0.5~3小时，然后加入20%的步骤a所制备的粘结剂中，继续搅拌2~8小时；
c)涂布及烘干处理：将步骤b制备的散热浆料用光辊涂布工艺均匀涂布至铜箔表面，然后加热烘干处理，加热温度为75~85℃，加热时间为2~10分钟，即可获得所需的高导热纳米碳铜箔。
实施例3：
一种高导热纳米碳铜箔的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a）配置粘结剂：按重量百分比将30%聚氨酯倒入70%的丙酮中，并在室温下搅拌0.5~2小时；
b)配置散热浆料：按重量百分将20%石墨烯、1%碳纳米管、15%碳化硅以、25%氮化硼倒入25%丙酮中，在室温下搅拌0.5~3小时，然后加入14%的步骤a所制备的粘结剂中，继续搅拌2~8小时；
c)涂布及烘干处理：将步骤b制备的散热浆料用光辊涂布工艺均匀涂布至铜箔表面，然后加热烘干处理，加热温度为45~55℃，加热时间为2~10分钟，即可获得所需的高导热纳米碳铜箔。
实施例4：
一种高导热纳米碳铜箔的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a）配置粘结剂：按重量百分比将20%聚丙烯酸酯倒入80%的水中，并在室温下搅拌0.5~2小时；
b)配置散热浆料：按重量百分将19%石墨烯、14%碳纳米管、20%碳化硅以、2%氮化硼倒入25%水中，在室温下搅拌0.5~3小时，然后加入20%的步骤a所制备的粘结剂中，继续搅拌2~8小时；
c)涂布及烘干处理：将步骤b制备的散热浆料用光辊涂布工艺均匀涂布至铜箔表面，然后加热烘干处理，加热温度为65~75℃，加热时间为2~10分钟，即可获得所需的高导热纳米碳铜箔。
实施例5：
一种高导热纳米碳铜箔的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a）配置粘结剂：按重量百分比将15%聚丙烯酸酯倒入85%的水中，并在室温下搅拌0.5~2小时；
b)配置散热浆料：按重量百分将20%石墨烯、15%碳纳米管、20%碳化硅以、21%氮化硼倒入4%水中，在室温下搅拌0.5~3小时，然后加入20%的步骤a所制备的粘结剂中，继续搅拌2~8小时；
c)涂布及烘干处理：将步骤b制备的散热浆料用光辊涂布工艺均匀涂布至铜箔表面，然后加热烘干处理，加热温度为65~75℃，加热时间为2~10分钟，即可获得所需的高导热纳米碳铜箔。
实施例6：
一种高导热纳米碳铜箔的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a）配置粘结剂：按重量百分比将25%环氧树脂倒入75%的N,N-二甲基甲酰胺中，并在室温下搅拌0.5~2小时；
b)配置散热浆料：按重量百分将20%石墨烯、10%碳纳米管、20%碳化硅以、25%氮化硼倒入20%N,N-二甲基甲酰胺中，在室温下搅拌0.5~3小时，然后加入5%的步骤a所制备的粘结剂中，继续搅拌2~8小时；
c)涂布及烘干处理：将步骤b制备的散热浆料用光辊涂布工艺均匀涂布至铜箔表面，然后加热烘干处理，加热温度为75~85℃，加热时间为2~10分钟，即可获得所需的高导热纳米碳铜箔。
由于本发明粘结剂选用树脂和极性溶剂，成膜机理为挥发成膜，期间无任何化学反应，使得成品的质量更加稳定；另外，浆料配置使高导热填料在高分子基体中的分散更加均匀，实现了高导热纳米填料在粘结剂体系中的优异分散；另外涂布采用光辊涂布工艺，将散热浆料转移至铜箔表面从而完成涂布，通过调整上胶辊和涂布辊的间隙即可控制涂布量，涂布效果较好、涂层厚度灵活可控、涂布精度高。
虽然已经在此处描述了具体实施方式，但应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种高导热纳米碳铜箔的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
a）配置粘结剂：该粘结剂按重量百分比包括：5~40%树脂和60~95%的极性溶剂，将树脂倒入极性溶剂中并在室温下搅拌0.5~2小时；
b)配置散热浆料：该散热浆料按重量百分比包括1~20%石墨烯、1~15%碳纳米管、1~20%碳化硅以、2~25%氮化硼，4~25%极性溶剂和5~20%的步骤a所制备的粘结剂，首先按上述重量百分比将石墨烯、碳纳米管、碳化硅、氮化硼分别倒入装有极性溶剂的容器中，在室温下搅拌0.5~3小时，然后加入上述重量百分比的步骤a所制备的粘结剂中，继续搅拌2~8小时；
c)涂布及加热烘干处理：将步骤b制备的散热浆料均匀涂布至铜箔表面，然后加热烘干处理，即可获得所需的高导热纳米碳铜箔。
2.如权利要求1所述的高导热纳米碳铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤a中的树脂为聚偏氟乙烯或环氧树脂或聚氨酯或聚丙烯酸酯。
3.如权利要求1或2所述的高导热纳米碳铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤a和步骤b中的极性溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
4.如权利要求3所述的高导热纳米碳铜箔的制备方法，其特征在于：在所述步骤c的加热烘干处理中，加热温度为85~95℃，加热时间为2~10分钟。
5.如权利要求1或2所述的高导热纳米碳铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤a和步骤b中的极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
6.如权利要求5所述的高导热纳米碳铜箔的制备方法，其特征在于：在所述步骤c的加热烘干处理中，加热温度为75~85℃，加热时间为2~10分钟。
7.如权利要求1或2所述的高导热纳米碳铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤a和步骤b中的极性溶剂为丙酮。
8.如权利要求7所述的高导热纳米碳铜箔的制备方法，其特征在于：在所述步骤c的加热烘干处理中，加热温度为45~55℃，加热时间为2~10分钟。
9.如权利要求1或2所述的高导热纳米碳铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤a和步骤b中的极性溶剂为水。
10.如权利要求9所述的高导热纳米碳铜箔的制备方法，其特征在于：在所述步骤c的加热烘干处理中，加热温度为65~75℃，加热时间为2~10分钟。
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