一种石墨烯基导热硅胶相变复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于导热硅胶技术领域，具体涉及一种石墨烯基导热硅胶相变复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]导热硅胶是一种高端的导热化合物，以其不会固体化、不会导电的特性可以避免诸如电路短路等风险。并且，导热硅胶的高粘结性能和超强的导热效果是目前CPU、GPU和散热器接触时最佳的导热解决方案。
[0003]导热硅胶是利用导热填料在高分子基体材料内均匀填充，以提高其导热性能。常用的高导热填料主要是陶瓷、金属等。而这些传统的导热填料的填充有许多缺点，比如需要高的填充量才能达到比较高的热导率，从而严重影响了硅胶的机械性能，再者高的填充量也增加了成本。
[0004]石墨稀(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。这种只有一个碳原子厚度的石墨烯材料，是世界上最薄、也是最坚硬的纳米材料，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m.K，高于碳纳米管(3000W/m.K)和金刚石(2300W/πι.Κ)，并且这样的二维结构具有超大的比表面积以及良好的化学稳定性。这些良好的性质使得基于石墨烯的材料成为一种理想的导热材料，广泛应用于电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域。但是，石墨烯极容易团聚，在填充基体内部会因为团聚而影响导热通路的形成。
[0005]另外，随着社会经济的发展，人类对能源的需求日益增加。为此，人们开始寻找绿色可再生能源去取代地球上日趋匮乏的资源，例如太阳能、风能、地热能等。然而，这些能源的间歇性给人类的利用带来极大不便，如何将能源进行很好的储存就显得尤为重要。
[0006]但是，现有的导热硅胶热导率普遍较低，同时潜热很低，在导热的同时不能储存能量。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯基导热硅胶相变复合材料及其制备方法，本发明提供的石墨烯基导热硅胶相变复合材料的热导率较高，并且在导热的同时还可以储存能量。
[0008]本发明提供了一种石墨烯基导热硅胶相变复合材料，包括:
[0009]硅胶基体以及分散于所述硅胶基体内部导热相变材料；
[0010]所述导热相变材料包括导热填料和微胶囊相变材料；所述导热填料选自石墨稀、氧化铝粉末、氮化铝粉末和碳纳米管中的一种或多种。
[0011]优选的，所述导热相变材料与硅胶基体的质量比为(50?70): (30?50)。
[0012]优选的，所述导热填料和微胶囊相变材料的质量比为(15?50): (20?32)。
[0013]优选的，所述微胶囊相变材料是由芯材和壁材组成的核壳结构，所述壁材为高分子聚合物，所述芯材为相变材料和石墨烯的混合物。
[0014]优选的，所述氧化铝粉末为经过表面改性的氧化铝粉末，所述氮化铝粉末为经过表面改性的氮化铝粉末。
[0015]优选的，所述氧化铝粉末选自粒径为1?70 μ m的氧化铝混合粉末。
[0016]优选的，所述硅胶为A/B双组份硅胶，所述A/B双组份硅胶选自SEMICOSIL 9212A/B型A/B双组份硅胶、SilGel 612A/B型A/B双组份硅胶、SEMICOSIL 905A/B型A/B双组份硅胶或SilGel 614A/B型A/B双组份硅胶。
[0017]优选的，所述微胶囊相变材料的制备方法为界面聚合法或原位聚合法。
[0018]本发明还提供了一种石墨烯基导热硅胶相变复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0019]将导热填料、微胶囊相变材料以及硅胶混合脱泡后固化，得到石墨烯基导热硅胶相变复合材料，所述导热填料选自石墨烯、氧化铝粉末、氮化铝粉末和碳纳米管中的一种或多种。
[0020]优选的，所述固化的温度为120?130°C，所述固化的时间为10?60min。
[0021]与现有技术相比，本发明提供了一种石墨烯基导热硅胶相变复合材料，包括:硅胶基体以及分散于所述硅胶基体内部导热相变材料；所述导热相变材料包括导热填料和微胶囊相变材料；所述导热填料选自石墨烯、氧化铝粉末、氮化铝粉末和碳纳米管中的一种或多种。本发明通过向硅胶中添加石墨烯与其他种类导热填料，改善了石墨烯的团聚现象，并且通过导热填料间协同效应，可以在硅胶中形成完整的导热通路，提高了复合材料的热导率。并且，在硅胶内部加入微胶囊相变材料，提高了复合硅胶材料的潜热，在导热的同时可以储存一部分热量。
[0022]结果表明，本发明提供的石墨烯基导热硅胶相变复合材料的热导率为5?8W/(m.K)，储存能量值为70?85KJ/KG。
【具体实施方式】
[0023]本发明提供了一种石墨烯基导热硅胶相变复合材料，包括:
[0024]硅胶基体以及分散于所述硅胶基体内部导热相变材料；
[0025]所述导热相变材料包括导热填料和微胶囊相变材料；所述导热填料选自石墨稀、氧化铝粉末、氮化铝粉末或碳纳米管。
[0026]本发明提供的石墨烯基导热硅胶相变复合材料包括硅胶基体，本发明对所述硅胶基体的种类和来源并没有特殊限制，一般市售即可。在本发明中，所述硅胶优选为A/B双组份硅胶，所述A/B双组份硅胶选自SEMICOSIL 9212A/B型A/B双组份硅胶、SilGel 612A/B型A/B双组份硅胶、SEMICOSIL 905A/B型A/B双组份硅胶或SilGel 614A/B型A/B双组份硅胶。本发明所述的A/B双组份硅胶优选为德国瓦克公司生产的A/B双组份硅胶。所述A/B双组份硅胶A为硅胶，B为固化剂，不用额外添加固化剂，其用量比例为1:1。
[0027]本发明提供的石墨烯基导热硅胶相变复合材料还包括分散于所述硅胶基体内部导热相变材料。其中，所述导热相变材料与硅胶基体的质量比为(50?70): (30?50)，在本发明的一些具体实施例中，所述导热相变材料与硅胶基体的质量比为70:30，在本发明的另一些具体实施例中，所述导热相变材料与硅胶基体的质量比为50:50o
[0028]在本发明中，所述导热相变材料包括导热填料和微胶囊相变材料。
[0029]本发明中，所述的导热填料选自石墨烯、氧化铝粉末、氮化铝粉末和碳纳米管中的一种或多种。优选的，所述导热填料包括氧化铝粉末、氮化铝粉末和碳纳米管中的一种或多种的粉末材料以及石墨稀。在本发明中，所述石墨稀粉末优选为0.8-1 μπι和/或7-10 μπι两种尺寸的石墨烯。所述氧化铝粉末、氮化铝粉末和碳纳米管中的一种或多种的粉末材料以及石墨稀的质量比优选为(3?5):1。
[0030]在本发明中，所述氧化铝粉末优选为经过表面改性的氧化铝粉末，本发明对所述表面改性的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的表面改性的方法即可。本发明优选按照如下方法对氧化铝粉末进行表面改性:
[0031]以水作溶剂，将氧化铝粉末与偶联剂混合后，依次经过超声、离心和干燥处理，得到表面经改性的氧化铝粉末。
[0032]其中，所述氧化铝粉末优选为粒径范围为1?70 μπι的氧化铝粉末，采用上述粒径不均一的氧化铝粉末可以使氧化铝颗粒之间有效接触从而制备得到的复合材料具有更高的导热率。所述偶联剂优选为硅烷偶联剂，更优选为型号为ΚΗ570的硅烷偶联剂。所述氧化铝粉末与硅烷偶联剂的质量比优选为(8?10):1。
[0033]本发明对所述超声、离心和干燥的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的超声、离心和干燥的方法即可。
[0034]所述氮化铝粉末优选为经过表面改性的氮化铝粉末，本发明对所述表面改性的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的表面改性的方法即可。本发明优选按照如下方法对氮化铝粉末进行表面改性:
[0035]在0°C水浴条件下，将氮化铝颗粒分散于氢氧化钠溶液中，水浴超声，离心，乙醇洗涤后经偶联剂处理，干燥后得到表面改性的氮化铝粉末。
[0036]在本发明中，所述氮化铝颗粒优选为粒径为4 μ m的氮化铝颗粒，所述偶联剂优选为硅烷偶联剂，更优选为型号为KH550或KH570的硅烷偶联剂，所述氢氧化钠水溶液的质量浓度优选为30wt%。所述氮化铝颗粒与所述偶联剂的质量比优选为(8?10):1。
[0037]在本发明中，所述水浴超声的时间优选为20?30min。本发明对所述离心、乙醇洗涤以及偶联剂处理的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的处理方法即可。
[0038]本发明所述的导热相变材料中的导热填料还可以为碳纳米管，所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管。
[0039]本发明所选用的所述导热相变材料中还包括微胶囊相变材料，本发明对所述微胶囊相变材料的种类并没有特殊限制，本领域技术人员公知的微胶囊相变材料即可。在本发明中，所述微胶囊相变材料是由壁材和芯材组成的核壳结构，其中壁材为高分子聚合物，芯材为相变材料和石墨烯的混合物。其中，所述芯材中石墨烯的尺寸优