[发明专利]一种三维导热填料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维导热填料及其制备方法和应用。该三维导热填料包括氮化硼纳米片以及原位生长于氮化硼纳米片层间的碳纳米管；其中，所述碳纳米管的含量为2.5～20wt％。本发明还公开了一种三维导热填料的制备方法及其在制备导热复合材料中的应用。本发明提供的三维导热填料相对于原始的二维氮化硼纳米片在面内导热和纵向面间导热都有不同程度的提高；采用了化学气相沉积法，在氮化硼纳米片原位生长碳纳米管，通过调控反应时间，得到生长不同含量碳纳米管的三维导热填料；适用于制备多种形态的复合材料，不管是柔性导热膜，硬质导热垫，还是导热膏等，都能有更优异的稳定性和导热性能。

技术领域

本发明涉及导热材料技术领域。更具体地，涉及一种三维导热填料及其制备方法和应用。

背景技术

现代电子与电力设备的快速发展，电子器件与电力设备的集成化使得设备的尺寸不断减小，功率密度的持续增加，引发了严重的散热问题。作业中的设备在短时间内产生的大量热量不能及时有效地散发出去，势必影响设备的精度和使用寿命，如过高温度会致损半导体的结点，电路的连接界面，破坏电子元器件的机械应力，绝缘材料的老化等。目前，关于设备的散热性能已作为电子电力设备的综合性能的重要考核之一，散热问题甚至成为整个产品的技术瓶颈问题。聚合物因具有电气绝缘性能，机械加工性能，轻质及低廉而广泛用于电子电力设备的热管理。但是聚合物本身具有很差的导热性能，远远不能满足日益增长的散热需求。

六方氮化硼(h-BN)与石墨烯具有相似的层状结构，每一层都是有B原子和N原子交替排列组成的无限延伸的六边形蜂窝状结构，因其颜色为白色，被喻名为“白色石墨烯”。随着石墨烯的研究热潮的发展，作为二维材料的新起之秀的六方氮化硼纳米片，因与石墨烯结构相似而引发了更多研究者的关注。氮化硼纳米片具有与石墨烯类似的热导率高、结晶度取向好、热膨胀系数低、热稳定性高以及价格低廉等优点，另外它还具有良好的抗氧化性，优异的介电性能和高温绝缘性而广泛用作绝缘导热填料。

尽管作为高导热的填料，氮化硼纳米片有很多优势，但是由于其二维片状结构的长径比比较大，使其在面内方向上具有较高的导热性，而沿着面间的垂直方向上导热系数相对要低很多，表现出传热性能的各向异性。然而，在一些热界面材料中，我们往往更希望大量的热量能够沿着接触面间的纵向方向上传导出去，但是由于氮化硼纳米片本身的具有较高的传热各向异性，单一的氮化硼纳米片作为复合材料的填料时，填料倾向于沿着平面堆积，造成面间方向的热传输较差，不能很好的通过热界面材料把电子电力设备内部的热量及时有效的传输到散热器上进行热对流等途径消散热量。

另外，复合材料的导热能力的提升关键在于聚合物基体内部形成的导热通路数目及稳定性。当导热填料的填充量达到逾渗阈值时，颗粒间有效接触，在基体内构成有效通路，热量可以沿着无机填料形成的导热网络迅速传递，此时复合体系的热导率会迅速升高。高导热填料及复合材料的制备的高昂价格限制了其推广应用，如何实现低填充含量下，兼具高导热、优异绝缘性能的的材料仍需要进一步研究。

因此，本发明提供了一种三维导热填料及其制备方法和应用，以解决上述问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种三维导热填料；该三维导热填料更利于提升热界面材料导热性能，其在不同形态的复合材料中均能体现出更好的导热性能。

本发明的第二个目的在于提供一种三维导热填料的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种三维导热填料的应用；该三维导热填料适用于制备多种形态的复合材料(柔性导热膜、硬质塑料垫片、涂布浆料、导热膏等)。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：