CN118459912A - 一种聚合物基复合材料热界面材料及其制备方法 - Google Patents
一种聚合物基复合材料热界面材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118459912A CN118459912A CN202410613768.XA CN202410613768A CN118459912A CN 118459912 A CN118459912 A CN 118459912A CN 202410613768 A CN202410613768 A CN 202410613768A CN 118459912 A CN118459912 A CN 118459912A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano tube
- carbon nano
- metal ruthenium
- polymer matrix
- matrix composite
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 229920013657 polymer matrix composite Polymers 0.000 title claims abstract description 43
- 239000011160 polymer matrix composite Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 76
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 76
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 58
- NCPHGZWGGANCAY-UHFFFAOYSA-N methane;ruthenium Chemical compound C.[Ru] NCPHGZWGGANCAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 23
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 18
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 10
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 7
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 claims description 7
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical group [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FCIBCALVQNVXGB-UHFFFAOYSA-N [Ru].[CH]1C=CC=C1 Chemical compound [Ru].[CH]1C=CC=C1 FCIBCALVQNVXGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229960003964 deoxycholic acid Drugs 0.000 claims description 2
- KXGVEGMKQFWNSR-LLQZFEROSA-N deoxycholic acid Chemical compound C([C@H]1CC2)[C@H](O)CC[C@]1(C)[C@@H]1[C@@H]2[C@@H]2CC[C@H]([C@@H](CCC(O)=O)C)[C@@]2(C)[C@@H](O)C1 KXGVEGMKQFWNSR-LLQZFEROSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 2
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 claims description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- FTBNCUGBFOMFEA-UHFFFAOYSA-N [Ru].C1=CC=CC1 Chemical compound [Ru].C1=CC=CC1 FTBNCUGBFOMFEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/12—Adsorbed ingredients, e.g. ingredients on carriers
-
- 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
- C08K3/041—Carbon nanotubes
-
- 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
- C08K3/08—Metals
-
- 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
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/10—Encapsulated ingredients
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明属于电子器件热管理技术领域，涉及一种聚合物基复合材料热界面材料及其制备方法。本发明制备得到的聚合物基复合材料热界面材料为金属钌‑碳纳米管纳米核壳结构网络稳定的液态金属增强聚合物基复合材料柔性热界面材料，由聚乙烯醇树脂、金属钌‑碳纳米管纳米核壳结构粉末、液态金属镓铟合金三者混合并固化而成。金属钌‑碳纳米管纳米核壳结构的直径约为20～200nm，且具有极高的长径比，可有效形成三维网格结构。聚合物基复合材料热界面材料径向导热系数高达24.65W·m‑1·K‑1，垂直方向导热系数7.53W·m‑1·K‑1，具有良好的散热性能与柔性，可进行批量化制备，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件热管理技术领域，特别是涉及一种聚合物基复合材料热界面材料及其制备方法。
背景技术
随着集成电路技术的快速发展，先进制程工艺不断取得新突破。集成度大幅提升的同时，芯片速度、算力也在不断提高，芯片单位面积上的热流密度激增，由此带来的高功耗导致的芯片过热问题日益严峻，甚至可能发展为限制Moore定律继续有效的关键问题。目前芯片工作时的热流密度已超过100W·cm-2，如此高密度的热流如果无法及时导出，将导致芯片工作温度过高，继而引发性能下降、寿命缩短甚至失效等一系列问题。因此，有效的热管理在保障芯片正常工作方面尤为重要。除此以外，对于其他电子器件或系统，例如电池、激光器、高功率LED等，有效的散热同样至关重要。
芯片散热主要以热传导的方式实现。然而，芯片与热沉之间的表面粗糙度导致空气间隙的存在。由于空气的热导率极低(～0.024W·m-1·K-1)，会严重阻碍热量从芯片传导至热沉，继而导致热量在电子器件内部大量积聚，造成性能的恶化及寿命的缩短。为了解决这一关键问题，需要在芯片和热沉之间引入一层高导热的材料以填充空隙，保证热量能有效地传递到热沉，这层材料就称作热界面材料。
常见的热界面材料主要有金属基和聚合物基两大类。金属基热界面材料通常作为焊料，将热源和热沉焊接起来，常见材料包括液态金属铟、锡等纯金属及其合金。金属基热界面材料的热导率非常高，可以达到30～80W·m-1·K-1以上。但由于热膨胀系数不匹配等问题容易产生应力和裂纹，进而导致器件失效。聚合物基热界面材料是最为常见且应用广泛的热界面材料，其通常以硅油、硅脂、橡胶及环氧树脂等聚合物材料作为基底，通过向基底中添加铜、银、氧化锌、碳材料等高导热填料制备而成。目前聚合物基热界面材料导热系数较低，通常约为1～5W·m-1·K-1，但因具有良好的流动性与柔性、广泛的适用性等优点，其在商业应用与学术研究领域都是最受关注的热界面材料。进一步提升聚合物基热界面材料的导热系数是应对不断增加的热管理需求的关键，对于保障电子器件系统性能的稳定和促进高功率电子器件系统的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚合物基复合材料热界面材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。具体的，本发明通过制备得到的金属钌-碳纳米管纳米核壳结构网络稳定的液态金属增强聚合物基复合材料柔性热界面材料，提升了聚合物基热界面材料的导热系数与散热性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明技术方案之一：提供一种聚合物基复合材料热界面材料的制备方法，步骤包括：
通过交替通入环戊二烯钌气体与氧气在碳纳米管三维网络结构上生长形成金属钌原子沉积层得到金属钌-碳纳米管纳米核壳结构膜；
金属钌-碳纳米管纳米核壳结构膜经研磨得到金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末；
金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末加乙醇制备金属钌-碳纳米管乙醇分散悬浊液；
将所述金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末、液态镓铟合金和所述金属钌-碳纳米管乙醇分散悬浊液混合，研磨得到膏状物；
在所述膏状物中加入聚乙烯醇树脂水溶液，混合均匀后，经固化得到所述聚合物基复合材料热界面材料。
进一步的，所述碳纳米管三维网络结构的制备步骤包括：
将碳纳米管和表面活性剂分散于溶剂中制备得到浓度为5wt％的碳纳米管分散液；
将所述碳纳米管分散液中的碳纳米管覆于硅基板，干燥去除溶剂后得到碳纳米管膜结构；
将所述碳纳米管膜结构经加热处理得到所述碳纳米管三维网络结构。
优选的，所述碳纳米管和表面活性剂的质量比为5～10:1。
优选的，所述溶剂为水或有机溶剂；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮或脱氧胆酸钠。
更优选的，所述有机溶剂包括乙醇或异丙醇。
优选的，所述碳纳米管分散液中的碳纳米管覆于硅基板的方法包括滴涂、喷涂或浸渍。
优选的，所述加热处理为：在空气中以300～400℃加热1～3小时，随后在惰性气氛下以600～1000℃加热3～5小时，去除表面活性剂。
更优选的，所述惰性气氛为氮气气氛或氦气气氛。
进一步的，所述金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末的粒径不高于10μm。
进一步的，所述金属钌-碳纳米管乙醇分散悬浊液为按照质量/体积比1g:10mL将所述金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末分散于乙醇中。
进一步的，制备膏状物时，所述金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末、液态镓铟合金和金属钌-碳纳米管乙醇分散悬浊液的质量/体积比为1g:10g:10mL。
进一步的，所述聚乙烯醇树脂水溶液的质量浓度为10％。
进一步的，所述膏状物中的液态镓铟合金和聚乙烯醇水溶液的质量/体积比为10g:20mL。
进一步的，所述固化的温度为45～55℃，时间为2～5小时。
进一步的，所述金属钌原子沉积层可选择通过原子层沉积仪制备。
本发明技术方案之二：提供一种由上述方法制备得到的聚合物基复合材料热界面材料。
本发明技术方案之三：提供一种上述聚合物基复合材料热界面材料在提升电子器件系统稳定性中的应用。
本发明公开了以下技术效果：
本发明制备得到的聚合物基复合材料热界面材料为金属钌-碳纳米管纳米核壳结构网络稳定的液态金属增强聚合物基复合材料柔性热界面材料，由聚乙烯醇树脂、金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末、液态金属镓铟合金三者混合并固化而成。金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末的直径约为20～200nm，且具有极高的长径比，可有效形成三维网格结构。
由于钌、碳纳米管均为高导热材料，该三维网格结构为聚合物基复合材料提供了良好的导热框架。另外，金属钌与液态金属镓铟合金形成电子热传导通路，可有效减少电子-声子的界面Umklapp散射，进一步提升聚合物基复合材料的导热系数。
金属钌与液态金属镓铟合金中的镓可形成金属间化合物RuGa3，并通过三维纳米网络结构实现对液态金属镓铟合金的束缚，大幅提升液态金属镓铟合金在聚合物基复合材料中的填充率，显著改善在聚合物基复合材料受到外界压力时液态金属容易流动与溢出的问题。
本发明制备的金属钌-碳纳米管纳米核壳结构网络稳定的液态金属增强聚合物基复合材料柔性热界面材料的径向导热系数高达24.65W·m-1·K-1，垂直方向导热系数7.53W·m-1·K-1，具有良好的散热性能与柔性，可进行批量化制备，应用前景广阔。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制备得到的金属钌-碳纳米管纳米核壳结构膜的微观形貌与合成工艺示意图；
图2为实施例1制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的实物图和弯折180°实物图；
图3为实施例1制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的截面图；
图4为实施例1制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的纤维形貌图，其中，(a)为2D激光图，(b)为2D彩色图，(c)为3D彩色图，(d)为高度图；均由3D激光共聚焦显微镜拍。
图5为对比例2制备得到的复合材料的实物图；
图6为本发明实施例制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的结构示意图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明具体实施方案中，所制备得到的金属钌-碳纳米管纳米核壳结构的中单根金属钌-碳纳米管纳米核壳结构的直径为20～200nm，长径比为5～500。
本发明实施例所述的液态镓铟合金中Ga:In＝75:25，熔点为16℃。
实施例1
聚合物基复合材料热界面材料的制备步骤为：
S1、将5g碳纳米管粉末与1g表面活性剂十二烷基硫酸钠混合，通过超声分散于水中，配制得到浓度为5wt％的碳纳米管分散液；
S2、将该分散液滴涂至硅基板上，干燥后形成碳纳米管膜结构，将碳纳米管膜结构放置在加热板上，在空气中以400℃条件加热1小时，随后放置于管式炉中在氮气气氛环境中600℃加热3～5h至表面活性剂完全去除，得到碳纳米管三维网络结构；
S3、将碳纳米管三维网络结构放置于原子层沉积仪的反应腔中，在330℃与10-5Pa压力下，通入环戊二烯钌气体，环戊二烯钌气体在腔体中停留时间为1s以上，使得环戊二烯钌吸附于碳纳米管三维网络结构表面与内部孔洞，再通入氮气吹扫出残留环戊二烯钌气体，然后通入氧气，氧气与吸附于碳纳米管三维网络结构表面与内部空洞表面的环戊二烯钌分子反应，外延生长形成金属钌薄膜，再通入氮气吹扫出残留氧气，循环此步骤300次，得到金属钌-碳纳米管纳米核壳结构膜；
S4、将金属钌-碳纳米管纳米核壳结构膜研磨得到金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末；
S5、将金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末分散于乙醇得到金属钌-碳纳米管乙醇分散悬浊液，其中，金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末与乙醇的质量/体积比为1g:10mL；
S6、将1g金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末、10g液态镓铟合金和10mL金属钌-碳纳米管乙醇分散悬浊液混合研磨得到膏状物；
S7、将S6步骤得到的膏状物与20mL聚乙烯醇树脂水溶液(浓度为10％)搅拌混合均匀，然后在55℃条件下固化(2h)得到的金属钌-碳纳米管纳米核壳结构网络稳定的液态金属增强聚合物基复合材料柔性热界面材料即为聚合物基复合材料热界面材料。
对比例1
与实施例1相比，不同之处仅在于，未添加液态镓铟合金。
若不添加液态镓铟合金，只有金属钌-碳纳米管纳米核壳结构与聚乙烯醇树脂形成的聚合物基复合材料的导热系数约为0.5W/mK，显著低于本发明中的金属钌-碳纳米管纳米核壳结构网络稳定的液态金属增强聚合物基复合材料柔性热界面材料。
对比例2
与实施例1相比，不同之处仅在于，未使用金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末，即仅由聚乙烯醇树脂、碳纳米管粉末和液态金属镓铟合金混合固化得到复合材料。
试验例
图1为实施例1制备得到的金属钌-碳纳米管纳米核壳结构膜的微观形貌与合成工艺示意图。
图2为实施例1制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的实物图和弯折180°实物图，可以得知，本发明制备得到的聚合物基复合材料热界面材料具备优良柔性，可反复弯折180°。
图3为实施例1制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的截面图，由3D共聚焦显微镜拍摄，由图3可以看出，制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的厚度均匀，且金属钌-碳纳米管纳米核壳结构网络稳定的液态金属均匀分布在聚乙烯醇树脂中，未见明显团聚与溢出。
图4为实施例1制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的纤维形貌图，其中，(a)为2D激光图，(b)为2D彩色图，(c)为3D彩色图，(d)为高度图，均由3D激光共聚焦显微镜拍。由图4可以看出，金属钌-碳纳米管纳米核壳结构网络稳定的液态金属被分散成100μm以下，且均匀地分布在聚乙烯醇树脂中，制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的厚度误差可控制在50μm以下。
图5为对比例2制备得到的复合材料的实物图，由图5可以看出，液态镓铟合金出现大量团聚，无法形成均匀的复合材料。
图6为本发明实施例制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的结构示意图。
实施例1制备得到的聚合物基复合材料热界面材料的导热系数性能通过激光闪射仪与差示扫描量热仪来评价。
实施例1制备得到的聚合物基复合材料热界面材料在25℃、50℃及80℃的热扩散系数、比热及导热率结果如表1所示(测试样品的厚度为0.989mm，密度为1.303g/cm3)。
表1
由表1的数据可以看出，制备得到的聚合物基复合材料热界面材料在50℃及80℃大气环境下，未见导热性能下降。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种聚合物基复合材料热界面材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：
通过交替通入环戊二烯钌气体与氧气在碳纳米管三维网络结构上生长形成金属钌原子沉积层得到金属钌-碳纳米管纳米核壳结构膜；
金属钌-碳纳米管纳米核壳结构膜经研磨得到金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末；
金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末加乙醇制备金属钌-碳纳米管乙醇分散悬浊液；
将所述金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末、液态镓铟合金和所述金属钌-碳纳米管乙醇分散悬浊液混合，研磨得到膏状物；
在所述膏状物中加入聚乙烯醇树脂水溶液，混合均匀后，经固化得到所述聚合物基复合材料热界面材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管三维网络结构的制备步骤包括：
将碳纳米管和表面活性剂分散于溶剂中制备得到浓度为5wt％的碳纳米管分散液；
将所述碳纳米管分散液中的碳纳米管覆于硅基板，干燥去除溶剂后得到碳纳米管膜结构；
将所述碳纳米管膜结构经加热处理得到所述碳纳米管三维网络结构。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管和表面活性剂的质量比为5～10:1；所述溶剂为水或有机溶剂；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮或脱氧胆酸钠；所述加热处理为：在空气中以300～400℃加热1～3小时，随后在惰性气氛下以600～1000℃加热3～5小时，去除表面活性剂。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末的粒径不高于10μm；所述金属钌-碳纳米管乙醇分散悬浊液为按照质量/体积比1g:10mL将所述金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末分散于乙醇中。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备膏状物时，所述金属钌-碳纳米管纳米核壳结构粉末、液态镓铟合金和金属钌-碳纳米管乙醇分散悬浊液的质量/体积比为1g:10g:10mL。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇树脂水溶液的质量浓度为10％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述膏状物中的液态镓铟合金和聚乙烯醇水溶液的质量/体积比为10g:20mL。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为45～55℃，时间为2～5小时。
9.一种如权利要求1～8任一项所述制备方法制得的聚合物基复合材料热界面材料。
10.一种如权利要求9所述的聚合物基复合材料热界面材料在提升电子器件系统稳定性中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410613768.XA CN118459912A (zh) | 2024-05-17 | 2024-05-17 | 一种聚合物基复合材料热界面材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410613768.XA CN118459912A (zh) | 2024-05-17 | 2024-05-17 | 一种聚合物基复合材料热界面材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118459912A true CN118459912A (zh) | 2024-08-09 |
Family
ID=92151007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410613768.XA Pending CN118459912A (zh) | 2024-05-17 | 2024-05-17 | 一种聚合物基复合材料热界面材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118459912A (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101035876A (zh) * | 2004-08-23 | 2007-09-12 | 莫门蒂夫性能材料股份有限公司 | 导热性组合物及其制备方法 |
| CN101351594A (zh) * | 2005-09-01 | 2009-01-21 | 塞尔顿技术公司 | 纳米结构材料的大尺度制造 |
| US20090032496A1 (en) * | 2007-07-13 | 2009-02-05 | Tsinghua University | Method for manufacturing thermal interface material having carbon nanotubes |
| CN101627077A (zh) * | 2006-12-01 | 2010-01-13 | 莫门蒂夫性能材料股份有限公司 | 有机硅粘合剂组合物及其制备方法 |
| US20100029823A1 (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-04 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method for fabricating carbon nanotube-metal-polymer nanocomposites |
| CN101864280A (zh) * | 2010-05-20 | 2010-10-20 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 芯片封装与散热用热界面材料及其制法 |
| KR20120078478A (ko) * | 2010-12-31 | 2012-07-10 | 주식회사 효성 | 탄소나노튜브, 금속 및 세라믹 나노입자를 포함하는 열 계면 물질 |
| CN108192576A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-22 | 云南靖创液态金属热控技术研发有限公司 | 一种液态金属热界面材料及其制备方法和应用 |
| CN111500001A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-08-07 | 南京工业大学 | 一种碳纳米管纳米复合材料的制备方法与应用 |
| CN113684006A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-23 | 东南大学 | 固液两相金属-高分子导热相变复合材料的制备方法 |
| CN115322556A (zh) * | 2021-05-10 | 2022-11-11 | 上海交通大学 | 具有三维低熔点金属基填料网络的高导热/导电的聚合物基复合材料及其制备 |
| CN115895090A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-04-04 | 东南大学 | 一种低渗流阈值的导电高分子复合材料的制备方法 |
-
2024
- 2024-05-17 CN CN202410613768.XA patent/CN118459912A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101035876A (zh) * | 2004-08-23 | 2007-09-12 | 莫门蒂夫性能材料股份有限公司 | 导热性组合物及其制备方法 |
| CN101351594A (zh) * | 2005-09-01 | 2009-01-21 | 塞尔顿技术公司 | 纳米结构材料的大尺度制造 |
| CN101627077A (zh) * | 2006-12-01 | 2010-01-13 | 莫门蒂夫性能材料股份有限公司 | 有机硅粘合剂组合物及其制备方法 |
| US20090032496A1 (en) * | 2007-07-13 | 2009-02-05 | Tsinghua University | Method for manufacturing thermal interface material having carbon nanotubes |
| US20100029823A1 (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-04 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method for fabricating carbon nanotube-metal-polymer nanocomposites |
| CN101864280A (zh) * | 2010-05-20 | 2010-10-20 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 芯片封装与散热用热界面材料及其制法 |
| KR20120078478A (ko) * | 2010-12-31 | 2012-07-10 | 주식회사 효성 | 탄소나노튜브, 금속 및 세라믹 나노입자를 포함하는 열 계면 물질 |
| CN108192576A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-22 | 云南靖创液态金属热控技术研发有限公司 | 一种液态金属热界面材料及其制备方法和应用 |
| CN111500001A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-08-07 | 南京工业大学 | 一种碳纳米管纳米复合材料的制备方法与应用 |
| CN115322556A (zh) * | 2021-05-10 | 2022-11-11 | 上海交通大学 | 具有三维低熔点金属基填料网络的高导热/导电的聚合物基复合材料及其制备 |
| CN113684006A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-23 | 东南大学 | 固液两相金属-高分子导热相变复合材料的制备方法 |
| CN115895090A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-04-04 | 东南大学 | 一种低渗流阈值的导电高分子复合材料的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4704899B2 (ja) | 熱伝導材料の製造方法 | |
| CN108129841B (zh) | 一种液态金属绝缘导热材料及其制备方法 | |
| CN108192576B (zh) | 一种液态金属热界面材料及其制备方法和应用 | |
| CN109135685B (zh) | 一种基于液态金属的绝缘导热纳米材料及其制备和应用 | |
| WO2021056851A1 (zh) | 一种MXene/金属复合气凝胶、其制备方法、用途及包含其的热界面材料 | |
| Lu et al. | Growth of single crystal silicon nanowires in supercritical solution from tethered gold particles on a silicon substrate | |
| US7438844B2 (en) | Thermal interface material and method for manufacturing same | |
| US20150174712A1 (en) | Graphene nanoplatelet metal matrix | |
| CN101864280A (zh) | 芯片封装与散热用热界面材料及其制法 | |
| CN113675159B (zh) | 一种基于液态金属浸润的内封装自适应型均温热界面及其制备方法和应用 | |
| CN113201660B (zh) | 一种纳米多孔铜液态金属复合热界面材料及其制备方法 | |
| CN112457826A (zh) | 基于高密度石墨烯互连网络结构的热界面材料制备方法 | |
| CN110804269B (zh) | 一种基于液态金属的导热导电薄膜及其制备方法、应用 | |
| Lu et al. | Dynamic Leakage‐Free Liquid Metals | |
| CN102378547A (zh) | 均热板 | |
| CN106929733A (zh) | 一种泡沫铝复合的液态金属热界面材料 | |
| Xing et al. | Gallium‐Based Liquid Metal Composites with Enhanced Thermal and Electrical Performance Enabled by Structural Engineering of Filler | |
| Zhang et al. | Effects of sintering pressure on the densification and mechanical properties of nanosilver double-side sintered power module | |
| CN106813226A (zh) | 一种石墨烯金属导热垫片的制备方法 | |
| CN110330943B (zh) | 一种液态金属高导热复合材料的制备方法 | |
| Xing et al. | Construction of 3D conductive network in liquid gallium with enhanced thermal and electrical performance | |
| KR101789172B1 (ko) | 열전도성 물질로 코팅된 탄소나노소재를 이용한 방열성 페이스트 조성물과 이의 제조방법 | |
| CN110331405B (zh) | 一种液态金属与石墨复合散热膜及其制备方法 | |
| KR101761752B1 (ko) | 구리-카본계 복합물질 및 그 제조방법 | |
| CN118459912A (zh) | 一种聚合物基复合材料热界面材料及其制备方法 |
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 |