[发明专利]一种碳基导热绝缘体粉末、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种碳基导热绝缘体粉末、制备方法及应用。所述导热绝缘体粉末包括：碳基粉末和其表面包覆的具有黑色素结构的导热绝缘层。所述碳基粉末是石墨、碳纤维、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、无定形碳中的至少一种；具有黑色素结构的导热绝缘层是碳基粉末被多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中至少一种物质表面改性所得。制备方法包括：a、制备碳基粉末分散液；b、将多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中的至少一种物质加入至碳基分散液中，聚合制备得到所述碳基导热绝缘体粉末。本发明制备的碳基粉末具有高导热性和绝缘性。

技术领域

本发明涉及导热材料领域，进一步地说，是涉及一种碳基导热绝缘体粉末、制备方法及应用。

背景技术

随微电子集成技术和空芯印制板高密度组装技术高速发展，组装密度迅速提高，电子元件、逻辑电路体积成千上万倍地缩小，电子仪器及设备日益超轻、薄、短、小方向发展，在高频工作频率下，半导体工作热环境向高温方向迅速移动此时，电子元器件产生的热量迅速积累、增加，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关键限制因素。散热问题成为当今电子制造行业领域的关键课题之一。为保障元器件运行可靠性，需使用具备高可靠性、高导热性能的综合性能优异的绝缘高分子材料来替代该场合下使用的普通高分子材料及部分陶瓷材料，迅速、及时地将发热元件积聚的热量传递给散热设备，保障电子设备正常运行。

传统的导热材料主要是金属，如银、铜、铝等，合金及其氧化物或氮化物,材料密度较大，质量较重，当温度变化时金属导热材料与芯片间所产生的应力容易导致器件工作失效另外，金属材料的密度和纯度对导热率有很大的影响，且不耐腐蚀，大部分金属或合金材料成本较高，且不绝缘，这些都限制了此类导热材料在高功率器件中的应用。

碳材料因其具有低密度、高导热性、低膨胀系数、高强度等优异性能成为当前研制高导热材料的热点之一，其中以金刚石和石墨材料为典型，金刚石是属于高强度、高硬度绝缘的高导热材料，热导率可达2000m^-1·K^-1，但因其成本昂贵，石墨材料具有较高的强度、导电性和耐热冲性，普通石墨材料的热导率室温下为100m^-1·K^-1，而单层石墨烯是sp²杂化的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳材料，是目前世界上最薄的材料，其理论导热系数为5300m^-1·K^-1，远高于银、铜、碳纳米管和金刚石等材料，但是其导电性限制了该类材料的应用范围；碳纳米管是石墨材料的一种，因此碳纳米管复合材料同样具有质量轻、2000℃以下可保持高强度、高弹性模量及延展性等特点，而且大气条件下即使在1000℃高温下也具有很小的热膨胀系数，但是，碳纳米管在有氧环境下，易被高温氧化，强度和性能会被破坏。

基于以上所述，当前市场上主流的电子材料的导热率仍然偏低，一般为0.5～6.0W·m^-1·K^-1之间，工作温度上限一般为200℃。主要因为这些电子材料的复合配方与制备方法有待优化，如何保证复合材料的绝缘性的同时提高导热率仍然具有非常重要的现实意义。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种碳基导热绝缘体粉末、制备方法及应用。能有效提高碳基聚合物复合材料的导热性能。

本发明的目的之一是提供一种碳基导热绝缘体粉末。

包括：

碳基粉末和其表面包覆的具有黑色素结构的导热绝缘层。

所述具有黑色素结构的导热绝缘层是包覆在碳基粉末表面。

优选：

所述碳基粉末是石墨、碳纤维、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、无定形碳中的至少一种；

所述具有黑色素结构的导热绝缘层是碳基粉末被多巴、多巴胺、盐酸多巴胺、酪氨酸中至少一种物质经过表面改性所得。