高效石墨烯基散熱涂料、其制備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高效石墨烯基散熱涂料的制備及應用，屬于新材料和微電子領域。
【背景技術】
[0002]隨著電子器件聚集密度及功率強度加大，電子器件產(chǎn)生的大量熱量需要及時散發(fā)給外環(huán)境，但是目前器件的散熱性能已經(jīng)不能滿足要求，限制一些電器器件的使用效果與使用壽命。散熱涂料是一種提高物體表面的散熱效率，降低體系溫度的特種涂料，能及時降低發(fā)熱器件的溫度，延長器件使用時間與穩(wěn)定性，對穩(wěn)定器件性能和實現(xiàn)器件小型化發(fā)展具有重要意義。
[0003]石墨烯是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種只有一層碳原子層的納米碳新材料，它具有低的密度、弱的化學活性、快的導熱速度、高的比表面積和大的紅外輻射率，在作為散熱涂料方面具有重要的使用前景。然而石墨烯易堆垛的特性，導致了差的分散性和后期加工難度的增加，從而無法表現(xiàn)出石墨烯本征的優(yōu)異特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種高效石墨烯基散熱涂料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術中的不足。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供所述高效石墨烯基散熱涂料的應用。
[0006]為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案包括:
[0007]一種高效石墨烯基散熱涂料，其包括按照重量份計算的如下組分:石墨烯復合粉體1-15份、填料10-30份、高分子粘結(jié)劑30-50份和溶劑35-60份；其中所述石墨烯復合粉體主要由薄層石墨烯與炭黑組成，其中炭黑主要分散于薄層石墨烯之間。
[0008]進一步的，所述高效石墨烯基散熱涂料的導熱率為lW/mK-3W/mK
[0009]進一步的，所述石墨稀復合粉體主要是由薄層石墨稀粉體與炭黑通過溶劑超聲分散混合后，其中溶劑包括水，N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、二丙酮醇、乙醇、四氫呋喃、甲苯、二甲苯、環(huán)己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、乙二醇苯甲醚、苯甲醇、丁酮、乙酸乙酯，再經(jīng)干燥形成的粉體，其中采用的干燥方式包括烘干、冷凍干燥、噴霧干燥、流化床干燥方式中的任一種。
[0010]優(yōu)選的，所述薄層石墨稀的徑向尺寸為I μηι-100μηι、厚度為lnm_10nm。
[0011]尤為優(yōu)選的，所述薄層石墨稀的徑向尺寸為30 μm、厚度為5nm。
[0012]優(yōu)選的，所述炭黑的粒徑為5nm-100nm，尤其優(yōu)選為30nmo
[0013]進一步的，所述高分子粘結(jié)劑可選自但不限于環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、有機硅樹月旨、氟碳樹脂、氯醋樹脂、聚酯樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂、醇酸樹脂、醛酮或聚酮樹脂、硝基纖維素樹脂、乙基纖維素、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、松香、琥珀、蟲膠、橡膠樹脂之中的任一種或兩種以上的組合。
[0014]進一步的，所述填料可選自但不限于炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳納米管、碳纖維、石墨、活性炭、金剛石、金屬粉、三氧化二鋁、氧化硅、碳化硅、氮化硼、氧化鋅、氧化鎂之中的任一種或兩種以上的組合。
[0015]進一步的，所述溶劑可選自但不限于水，N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、二丙酮醇、乙醇、四氫呋喃、甲苯、二甲苯、環(huán)己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、乙二醇苯甲醚、苯甲醇、丁酮、乙酸乙酯之中的任一種或兩種以上的組合。
[0016]如述任一種尚效石墨稀基散熱涂料的制備方法，其包括:
[0017]I)將薄層石墨烯粉體與炭黑在溶劑中超聲混勻，經(jīng)過干燥得到石墨烯復合粉體；
[0018]2)將石墨烯復合粉體、填料經(jīng)過高速分散混勻得到石墨烯基填料；
[0019]3)將石墨烯基填料、溶劑、高分子粘結(jié)劑再經(jīng)過真空分散、研磨(特別是三輥研磨)獲得所述散熱涂料。
[0020]優(yōu)選的，步驟I)中超聲功率在1000W以上，超聲時間在3小時以上。
[0021]優(yōu)選的，步驟2)中采用的分散轉(zhuǎn)速為高1000-10000轉(zhuǎn)/分鐘。
[0022]一種散熱結(jié)構(gòu)，主要由前述任一種高效石墨烯基散熱涂料形成。
[0023]一種散熱結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括:將前述任一種高效石墨烯基散熱涂料至少以噴涂、浸涂、刮涂、旋涂中的任一種方式施加于基體表面，形成所述散熱結(jié)構(gòu)。
[0024]一種裝置，其包含所述的散熱結(jié)構(gòu)。
[0025]例如，所述高效石墨烯基散熱涂料可應用到筆記本、手機、CPU、LED燈具、電器、機柜、電線電纜、暖氣片、風機風扇、熱力管道、紡織、罐體、工業(yè)設備、建筑、水箱、交通工具等上。
[0026]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:
[0027](I)通過將石墨烯與炭黑通過溶劑超聲混合形成石墨烯層間帶有炭黑阻隔的復合物，從而改善了石墨烯之間的堆垛，提高了石墨烯后期加工的分散性，從而更容易發(fā)揮石墨烯本征的特性，獲得高效石墨烯基散熱涂料，其制備工藝簡單，成本低廉；
[0028](2)利用本發(fā)明石墨烯基散熱涂料形成的散熱涂層方便噴涂，同等環(huán)境下可以降低溫度5-15°C，同時還具有散熱率高、性能穩(wěn)定、厚度可控(20-50 μm)，重量輕，抗腐蝕性能優(yōu)良、成本低等特點，可大幅降低電子器件等發(fā)熱物體表面溫度，進而可以提高電子器件的穩(wěn)定性和器件的使用壽命，并可促進器件的微型化發(fā)展。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明實施例1所獲石墨烯基散熱涂料的散熱性能圖。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合若干實施例及附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明。
[0031]實施例1取平均徑向尺寸約20 μm、平均厚度約5nm的石墨稀粉體5份(如下若非特別說明，均為重量份)，平均粒徑約30nm的炭黑10份，在二丙酮醇中超聲lh，90°C烘干得到石墨烯炭黑復合粉體。然后與325目石墨5份、納米二氧化硅10份在高速分散機中混合均勻