一种相变导热复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及热管理材料，尤其涉及一种相变导热复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、研究表明，电子元器件的合适工作温度大多在-5～45℃之间，超出合理的温度范围，温度过高或过低都会导致电子元器件的运行效率降低或失效。例如，电动汽车动力电池必须在15～35℃的温度环境下才能发挥出最佳性能，温度高于35℃或低于15℃时，电池组的容量和能量会产生剧烈衰减，并可能发生短路等危险。集成电路芯片的合适工作温度大多是10～40℃，超过或低于这个温度范围都会造成芯片的效率降低、失效，甚至造成损毁。因此，电子元器件的热管理设计不仅仅是解决散热问题，还要考虑低温环境下的保温。然而，目前所用的热管理材料(如芯片封装用的热界面材料、电池封装用的灌封胶等)主要起到高温环境下的散热作用，并不能兼具低温环境下的保温作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种相变导热复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的相变导热复合材料能够兼具高温散热和低温保温作用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种相变导热复合材料，包括增粘溶液和分散在所述增粘溶液中的导热填料；所述增粘溶液包括低共熔溶剂和增粘剂；所述低共熔溶剂的熔点为10～40℃；所述增粘溶液的粘度为500～5000mpa·s。

4、优选的，所述增粘剂包括凝胶剂或树脂。

5、优选的，所述凝胶剂包括烷基三甲基溴化铵；所述树脂包括环氧树脂或有机硅树脂。

6、优选的，所述导热填料包括石墨烯、碳纳米管、氮化硼、二氧化硅、碳化硅和氧化铝中的一种或多种；所述导热填料的质量为低共熔溶剂的2～30wt％。

7、优选的，所述相变导热复合材料还包括助剂；所述助剂包括阻燃剂和/或偶联剂。

8、优选的，所述阻燃剂包括氢氧化铝和/或氢氧化镁；所述阻燃剂的质量为低共熔溶剂的3～10wt％。

9、优选的，所述偶联剂包括硅烷偶联剂；所述偶联剂的质量为低共熔溶剂的5wt％以下。

10、本发明提供了上述方案所述相变导热复合材料的制备方法，包括以下步骤：

11、将低共熔溶剂与增粘剂进行第一混合，得到增粘溶液；所述低共熔溶剂的熔点在40℃以下；所述增粘溶液的浓度为500～5000mpa·s；

12、将所述增粘溶液与导热填料进行第二混合，得到相变导热复合材料。

13、优选的，所述相变导热复合材料包括助剂时，所述第二混合还加入助剂。

14、本发明提供了上述方案所述相变导热复合材料或上述方案所述制备方法制备得到的相变导热复合材料作为芯片封装的热界面材料或电池封装的灌封材料的应用。

15、本发明提供了一种相变导热复合材料，包括增粘溶液和分散在所述增粘溶液中的导热填料；所述增粘溶液包括低共熔溶剂和增粘剂；所述低共熔溶剂的熔点为10～40℃；所述增粘溶液的粘度为500～5000mpa·s。

16、本发明利用低共熔溶剂作为基体，通过增粘和导热改性，获得符合封装要求的相变导热复合材料；由于低共熔溶剂的相变温度可以调控在10～40℃之间，与电子元器件的合理使用温度范围相近，因此，可以通过低共熔溶剂的相变来控制相变导热复合材料与器件之间的接触热阻，进而控制热量的传递，达到高温散热与低温保温的效果，具体表现在：(1)当温度升高到发生固-液相变后，相变导热复合材料处于液态，其与器件之间的接触界面为液-固接触，接触热阻小，器件的热量可以通过相变导热复合材料传递出去，从而达到高温散热的目的；(2)当温度降低到发生液-固相变后，相变复合材料处于固态，其与器件之间的接触为固-固接触，固-固接触的界面会有空隙，导致接触热阻大，热量不能有效地传递，进而起到低温保温的作用。

17、本发明提供的相变导热复合材料可应用于芯片封装的热界面材料和电池封装的灌封材料等。

技术特征：

1.一种相变导热复合材料，其特征在于，包括增粘溶液和分散在所述增粘溶液中的导热填料；所述增粘溶液包括低共熔溶剂和增粘剂；所述低共熔溶剂的熔点为10～40℃；所述增粘溶液的粘度为500～5000mpa·s。

2.根据权利要求1所述的相变导热复合材料，其特征在于，所述增粘剂包括凝胶剂或树脂。

3.根据权利要求2所述的相变导热复合材料，其特征在于，所述凝胶剂包括烷基三甲基溴化铵；所述树脂包括环氧树脂或有机硅树脂。

4.根据权利要求1所述的相变导热复合材料，其特征在于，所述导热填料包括石墨烯、碳纳米管、氮化硼、二氧化硅、碳化硅和氧化铝中的一种或多种；所述导热填料的质量为低共熔溶剂的2～30wt％。

5.根据权利要求1所述的相变导热复合材料，其特征在于，所述相变导热复合材料还包括助剂；所述助剂包括阻燃剂和/或偶联剂。

6.根据权利要求5所述的相变导热复合材料，其特征在于，所述阻燃剂包括氢氧化铝和/或氢氧化镁；所述阻燃剂的质量为低共熔溶剂的3～10wt％。

7.根据权利要求5所述的相变导热复合材料，其特征在于，所述偶联剂包括硅烷偶联剂；所述偶联剂的质量为低共熔溶剂的5wt％以下。

8.权利要求1～7任一项所述相变导热复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述相变导热复合材料包括助剂时，所述第二混合还加入助剂。

10.权利要求1～7任一项所述相变导热复合材料或权利要求8或9所述制备方法制备得到的相变导热复合材料作为芯片封装的热界面材料或电池封装的灌封材料的应用。

技术总结
本发明提供了一种相变导热复合材料及其制备方法和应用，涉及热管理材料技术领域。本发明提供的相变导热复合材料包括增粘溶液和分散在所述增粘溶液中的导热填料；所述增粘溶液包括低共熔溶剂和增粘剂；所述低共熔溶剂的熔点为10～40℃；所述增粘溶液的粘度为500～5000mPa·s。本发明利用低共熔溶剂作为基体，通过增粘和导热改性，获得符合封装要求的相变导热复合材料；由于低共熔溶剂的相变温度可以调控在10～40℃之间，与电子元器件的合理使用温度范围相近，因此，可以通过低共熔溶剂的相变来控制相变导热复合材料与器件之间的接触热阻，进而控制热量的传递，达到高温散热与低温保温的效果。

技术研发人员：付绪兵,白树林,康磊
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14