一種氧化石墨烯絕緣散熱涂層及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及絕緣散熱材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地是一種與基體結(jié)合性能好、超薄的 氧化石墨烯絕緣散熱涂層及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著電子元器件的小型化、微小型化和集成技術(shù)的不斷發(fā)展，在使用環(huán)境溫 度下要使電子元器件仍能高可靠性地正常工作，及時(shí)散熱能力成為影響其使用壽命的重要 限制因素，要求導(dǎo)熱材料具備足夠高的導(dǎo)熱性能。而對(duì)于一些特殊場(chǎng)合使用的散熱涂層，如 電磁屏蔽、電子信息、集成電路以及武器裝備、航空航天電子設(shè)備、電機(jī)、通訊、電器設(shè)備、儀 器等，除要滿足導(dǎo)熱需求外，還需要材料兼?zhèn)浣^緣性能。然而導(dǎo)熱、絕緣這兩個(gè)性能是矛盾 的，通常都是材料的導(dǎo)熱性能好，而絕緣性能差；材料的絕緣性能好，而導(dǎo)熱性能差；既滿 足導(dǎo)熱性好而又同時(shí)絕緣性好的材料是很難制造的，也是目前市場(chǎng)急需的。
[0003] 石墨烯是2010年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)的碳材料，其基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最 穩(wěn)定的苯六元環(huán)，是目前最理想的二維納米材料。石墨烯具有極高導(dǎo)熱系數(shù)，可達(dá)5300W/ m.K，在散熱片中嵌入石墨烯或數(shù)層石墨烯能夠使得其局部熱點(diǎn)溫度大幅下降，有望作為未 來(lái)超大規(guī)模納米集成電路的散熱材料，用于高性能、超薄以及大功耗電子產(chǎn)品如智能手機(jī)、 平板手持電腦、大功率節(jié)能LED照明、超薄LCD電視等。除高導(dǎo)熱性能外，石墨烯具有高導(dǎo) 電性能，為保持絕緣特性，只能添加極少量的石墨烯，導(dǎo)致不利于形成良好的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。
[0004] 氧化石墨稀作為石墨稀的前驅(qū)體，是一種性能優(yōu)異的新型碳材料。由于在制備氧 化石墨烯的過(guò)程中，劇烈的氧化作用破壞了石墨烯的高度共輒結(jié)構(gòu)，使得氧化石墨烯呈電 絕緣性。與石墨烯相比，僅僅是sp2雜化結(jié)構(gòu)遭到破壞，因此其仍然具有與石墨烯類似的力 學(xué)性能和導(dǎo)熱性能。同時(shí)，氧化石墨烯由于表面富含官能團(tuán)，與金屬基板的結(jié)合能力非常 強(qiáng)，使用氧化石墨烯制作散熱涂層，其涂層附著力強(qiáng)，持久耐用。不僅如此，氧化石墨烯價(jià)格 低廉、原料易得、制備方便，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；苽浜蛻?yīng)用。因此，氧化石墨烯用于絕緣散熱涂 層的制備具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決涂層材料即具有良好的絕緣性能，同時(shí)又具有良好導(dǎo)熱 性能，而提出的一種氧化石墨烯絕緣散熱涂層及制備方法，其具體技術(shù)方案如下： 所述的氧化石墨烯絕緣散熱涂層由樹(shù)脂、氧化石墨烯、樹(shù)脂固化劑組成，其組成材料的 重量份分別為：樹(shù)脂：300~30份、氧化石墨烯：1份、樹(shù)脂固化劑100~10份。
[0006] 所述的氧化石墨采用改進(jìn)Hmnmers法合成或采用經(jīng)磷化物改性的磷酸化氧化石 墨稀。
[0007] 所述的氧化石墨烯絕緣散熱涂層是采用將氧化石墨分散于分散液溶劑后制成的 氧化石墨烯分散液或磷酸化氧化石墨烯分散液與樹(shù)脂、樹(shù)脂固化劑混合制得的氧化石墨烯 絕緣散熱涂層。
[0008] 所述的氧化石墨烯絕緣散熱涂層的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 制備氧化石墨烯分散液 首先，將氧化石墨分散于分散液溶劑中，在功率〇. 1~1000W下超聲分散10~360min，制得氧化石墨烯分散液，其中氧化石墨烯的固含量為0. 01~2% ;或是稱取氧化石墨烯 薄膜，加入分散劑中，絞碎機(jī)絞碎，超聲20~600min，獲得氧化石墨烯分散液； (2) 制備磷酸化氧化石墨烯分散液 向氧化石墨稀分散液中加入磷化物，在功率〇. 1~1000W下超聲10~60min;或在攪 拌速度為50~lOOOr/min下攪拌30~300min，或采用加熱回流法在40°C溫度下，加熱 300~360min;得到磷酸化改性的氧化石墨稀，其中磷化物與氧化石墨稀質(zhì)量比為5:1~ 1:5;然后，將制得的磷酸化氧化石墨烯加入分散液溶劑中，在功率0. 1~1000W下超聲 10~240min;或在攪拌速度為50~5000r/min下攪拌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為0. 01~2% ; (3) 制備氧化石墨烯散熱涂層 將步驟（1)制得的氧化石墨烯分散液或步驟（2 )制得的磷酸化氧化石墨烯分散液與樹(shù) 月旨、樹(shù)脂固化劑混合，攪拌均勻，其中樹(shù)脂與氧化石墨烯的質(zhì)量比為300:1~30:1，樹(shù)脂與 樹(shù)脂固化劑的質(zhì)量比為3:1。
[0009] 所述的氧化石墨采用改進(jìn)Hummers法合成。
[0010] 所述的磷化物是指含磷無(wú)機(jī)化合物或含磷有機(jī)化合物，優(yōu)選采用磷酸膽堿、甘磷 酸膽堿、乙醇胺磷酸酯、1，3-二甲基咪唑鑰二甲基磷酸酯、聚氧乙烯基磷酸酯、C8-10-脂肪 醇聚氧乙烯磷酸單酯、辛基苯氧基聚乙氧基乙基磷酸酯、硬脂醇聚醚-2磷酸酯、聚氧乙烯 壬基酚磷酸酯、油醇聚氧乙烯醚磷酸酯、1，3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽、油酸咪唑啉磷酸 酯、羧酸鹽型咪唑啉磷酸酯、十一完基咪唑啉型磷酸酯鈉、咪唑型磷酸酯納鹽、烷基酰胺聚 氧乙烯醚磷酸酯、肌醇六磷酸酯中的一種或二種以上的混合物。
[0011] 所述的分散液溶劑采用烴類、萜烯、醇類、酮類、酯類、醇醚及醚酯類、取代烴類、胺 類、苯類、水，優(yōu)選采用N，N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、1-硝基丙烷、1，3-二甲基~2咪唑烷 酮、六甲基磷酸三胺、去離子水、N-甲基吡咯烷酮、N-二甲基甲酰胺、乙二醇、苯、二甲苯、丙 酮中的一種或二種以上的混合物。
[0012] 所述的樹(shù)脂采用環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚胺酯樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂、松香樹(shù)脂、酚醛樹(shù) 月旨、氨基樹(shù)脂、飽和聚酯樹(shù)脂、聚脲樹(shù)脂、氟化聚烯烴樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、氟碳樹(shù)脂中的一種 或二種以上的混合物。
[0013] 所述的樹(shù)脂固化劑采用脂肪族胺類、芳香族胺類、酰胺基胺類，優(yōu)選采用胺改性固 化劑、聚酰胺固化劑、酸酐固化劑、多異氰酸酯固化劑中的一種或二種以上的混合物。
[0014] 本發(fā)明所述的氧化石墨烯絕緣散熱涂層及制備方法的有益效果是： 1、 氧化石墨烯兼?zhèn)浣^緣、散熱特性，能夠滿足散熱絕緣涂層的基本要求； 2、 氧化石墨烯自身成膜性強(qiáng)，添加極少的量即可實(shí)現(xiàn)高的散熱效率； 3、 氧化石墨烯絕緣散熱涂層薄，實(shí)現(xiàn)超薄散熱絕緣涂層的制備，節(jié)約成本，縮減制作工 乙； 4、 氧化石墨烯與底材結(jié)合力強(qiáng)，制作氧化石墨烯散熱絕緣涂層涂層附著力強(qiáng)，持久耐 用。
[0015] 本發(fā)明解決了現(xiàn)有材料的絕緣性和導(dǎo)熱性兩者不易兼得的問(wèn)題。 具體實(shí)施例
[0016] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述： 本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操 作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0017] 實(shí)施例1 (1) 制備氧化石墨烯分散液 首先，采用改進(jìn)的Hu_ers法制備氧化石墨，然后，將氧化石墨分散于去離子水中， 在功率0.IW下超聲分散360min后制得氧化石墨烯分散液，其中氧化石墨烯的固含量為 0. 01% ； (2) 制備氧化石墨烯散熱涂層 將本實(shí)施例步驟（1)制得的氧化石墨烯分散液與水性丙烯酸樹(shù)脂混合，攪拌均勻，其 中，水性丙烯酸樹(shù)脂與氧化石墨烯的質(zhì)量比為50:1。
[0018] 實(shí)施例2 (1) 制備磷酸化氧化石墨烯分散液 首先，采用改進(jìn)的Hmnmers法制備氧化石墨，然后，將氧化石墨分散于去離子水中，在 功率IW下超聲分散250min后制得氧化石墨烯分散液，其中氧化石墨烯的固含量為0. 05%; 然后，向上述氧化石墨烯分散液中加入磷酸膽堿，功率IOW下超聲50min;得到磷酸化改性 的氧化石墨烯，其中磷化物與氧化石墨烯質(zhì)量比為5:2 ;將制得的磷酸化氧化石墨烯加入 分散液溶劑N，N-二甲基甲酰胺中，在功率IOW下超聲150min，得到氧化石墨烯分散液，其中 氧化石墨烯的固含量為0. 05%; (2) 制備氧化石墨烯散熱涂層 將本實(shí)施例步驟（1)制得的氧化石墨烯分散液與聚胺酯樹(shù)脂、胺改性固化劑混合，攪拌 均勻，其中聚胺酯樹(shù)脂與氧化石墨烯的質(zhì)量比為300:1，聚胺酯樹(shù)脂與胺改性固化劑的質(zhì)量 比為3:1。
[0019] 實(shí)施例3 (1) 制備磷酸化氧化石墨烯分散液 首先，采用改進(jìn)的Hmnmers法制備氧化石墨，然后，將氧化石墨分散于去離子水中，在 功率IOW下超聲分散200min后制得氧化石墨烯分散液，其中氧化石墨烯的固含量為0. 1%; 獲得氧化石墨烯分散液；然后，向上述氧化石墨烯分散液中加入聚氧乙烯基磷酸酯，在功 率200W下超聲40min;得到磷酸化改性的氧化石墨烯，其中磷化物與氧化石墨烯質(zhì)量比為 5:3;將制得的磷酸化氧化石墨烯加入分散液溶劑六甲基磷酸三胺中，在功率200W下超聲 IOOmin;得到氧化石墨烯分散液，其中氧化石墨烯的固含量為0. 15% ; (2) 制備氧化石墨烯散熱涂層 將本實(shí)施例步驟（1)制得的磷酸化氧化石墨烯分散液與醇酸樹(shù)脂、聚酰胺固化劑混合， 攪拌均勻，其中醇酸樹(shù)脂與氧化石墨烯的質(zhì)量比為200:1，醇酸樹(shù)脂與聚酰胺固化劑的質(zhì)量 比為3:1。
[0020] 實(shí)施例4 (1) 制備磷酸化氧化石墨烯分散液 首先，采用改進(jìn)的Hu_ers法制備氧化石墨，然后，將氧化石墨分散于去離子水中， 在功率IOOW下超聲分散150min后制得氧化石墨烯分散液，其中氧化石墨烯的固含量為 〇. 15%，獲得氧化石墨烯分散液；然后，向上述氧化石墨烯分散液中加入乙醇胺磷酸酯，在 功率300W下超聲30min;得到磷酸化改性的氧化石墨烯，其中磷化物與氧化石墨烯質(zhì)量比 為5:4 ;將制得的磷酸化氧化石墨烯加入分散液溶劑1-硝基丙烷中，在功率300W下超聲 50min;得到氧化石墨烯分散液，其中氧化石墨烯的固含量為0. 2% ; (2) 制備氧化石墨烯散熱涂層 將本實(shí)施例步驟（1)制得的磷酸化氧化石墨烯分散液與松香樹(shù)脂、酸酐固化劑混合，攪 拌均勻，其中松香樹(shù)脂與氧化石墨烯的質(zhì)量比為100:1，松香樹(shù)脂與酸酐固化劑的質(zhì)量比為 3:1〇
[0021] 實(shí)施例5 (1) 制備磷酸化氧化石墨烯分散液 首先，采用改進(jìn)的Hmnmers法制備氧化石墨，然后，將氧化石墨分散于去離子水中，在 功率200W下超聲分散50min后制得氧化石墨烯分散液，其中氧化石墨烯的固含量為1% ;獲 得氧化石墨烯分散液；然后，向上述氧化石墨烯分散液中加入聚