[发明专利]一种氧化石墨烯绝缘散热涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及绝缘散热材料技术领域，更具体地是一种与基体结合性能好、超薄的氧化石墨烯绝缘散热涂层及制备方法。

背景技术

目前，随着电子元器件的小型化、微小型化和集成技术的不断发展，在使用环境温度下要使电子元器件仍能高可靠性地正常工作，及时散热能力成为影响其使用寿命的重要限制因素，要求导热材料具备足够高的导热性能。而对于一些特殊场合使用的散热涂层，如电磁屏蔽、电子信息、集成电路以及武器装备、航空航天电子设备、电机、通讯、电器设备、仪器等，除要满足导热需求外，还需要材料兼备绝缘性能。然而导热、绝缘这两个性能是矛盾的，通常都是材料的导热性能好，而绝缘性能差；材料的绝缘性能好，而导热性能差；既满足导热性好而又同时绝缘性好的材料是很难制造的，也是目前市场急需的。

石墨烯是2010年获得诺贝尔物理奖的碳材料，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是目前最理想的二维纳米材料。石墨烯具有极高导热系数，可达5300W/m.K，在散热片中嵌入石墨烯或数层石墨烯能够使得其局部热点温度大幅下降，有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料，用于高性能、超薄以及大功耗电子产品如智能手机、平板手持电脑、大功率节能LED照明、超薄LCD电视等。除高导热性能外，石墨烯具有高导电性能，为保持绝缘特性，只能添加极少量的石墨烯，导致不利于形成良好的导热网络。

氧化石墨烯作为石墨烯的前驱体，是一种性能优异的新型碳材料。由于在制备氧化石墨烯的过程中，剧烈的氧化作用破坏了石墨烯的高度共轭结构，使得氧化石墨烯呈电绝缘性。与石墨烯相比，仅仅是sp2杂化结构遭到破坏，因此其仍然具有与石墨烯类似的力学性能和导热性能。同时，氧化石墨烯由于表面富含官能团，与金属基板的结合能力非常强，使用氧化石墨烯制作散热涂层，其涂层附着力强，持久耐用。不仅如此，氧化石墨烯价格低廉、原料易得、制备方便，能够实现规模化制备和应用。因此，氧化石墨烯用于绝缘散热涂层的制备具有得天独厚的优势。

发明内容

本发明的目的是为了解决涂层材料即具有良好的绝缘性能，同时又具有良好导热性能，而提出的一种氧化石墨烯绝缘散热涂层及制备方法，其具体技术方案如下：

所述的氧化石墨烯绝缘散热涂层由树脂、氧化石墨烯、树脂固化剂组成，其组成材料的重量份分别为：树脂：300～30份、氧化石墨烯：1份、树脂固化剂100～10份。

所述的氧化石墨采用改进Hummers法合成或采用经磷化物改性的磷酸化氧化石墨烯。

所述的氧化石墨烯绝缘散热涂层是采用将氧化石墨分散于分散液溶剂后制成的氧化石墨烯分散液或磷酸化氧化石墨烯分散液与树脂、树脂固化剂混合制得的氧化石墨烯绝缘散热涂层。

所述的氧化石墨烯绝缘散热涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）制备氧化石墨烯分散液

首先，将氧化石墨分散于分散液溶剂中，在功率0.1～1000W下超声分散10～360 min，制得氧化石墨烯分散液，其中氧化石墨烯的固含量为0.01～2%；或是称取氧化石墨烯薄膜，加入分散剂中，绞碎机绞碎，超声20～600 min，获得氧化石墨烯分散液；

（2）制备磷酸化氧化石墨烯分散液

向氧化石墨烯分散液中加入磷化物，在功率0.1～1000W下超声10～60min；或在搅拌速度为50～1000r/min下搅拌30～300 min，或采用加热回流法在40℃温度下，加热300～360 min；得到磷酸化改性的氧化石墨烯，其中磷化物与氧化石墨烯质量比为5:1～1:5；然后，将制得的磷酸化氧化石墨烯加入分散液溶剂中，在功率0.1～1000W下超声10～240min；或在搅拌速度为50～5000r/min下搅拌10～120min；得到磷酸化氧化石墨烯分散液，其中磷酸化氧化石墨烯的固含量为0.01～2%；

（3）制备氧化石墨烯散热涂层

将步骤（1）制得的氧化石墨烯分散液或步骤（2）制得的磷酸化氧化石墨烯分散液与树脂、树脂固化剂混合，搅拌均匀，其中树脂与氧化石墨烯的质量比为300:1～30:1，树脂与树脂固化剂的质量比为3:1。

所述的氧化石墨采用改进Hummers法合成。