一种柔性聚酰亚胺热管理薄膜及其制备方法

本发明属于热管理功能薄膜，尤其涉及一种柔性聚酰亚胺热管理薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，高集成化和柔性化成为电子器件发展方向。高集成化意味着电子电器在维持或减少自身体积的同时搭载更多电子元器件，大幅提高运行速度和功能多样化。然高的运行速度和多功能化也带来了过热问题。研究表明，当电子器件内部温度超过65℃，电子器件的数据处理速度将下降一半。因此，高效散热是确保高集成电子器件正常运行的重要手段。高导热的基板材料是实现电子元器件快速散热的重要一环。考虑到电子器件朝着轻薄化、柔性化方向的发展，聚酰亚胺薄膜材料已成为最有潜力的柔性基板之一。目前，传统导热填料如金属、陶瓷和碳材料均被用于提高聚酰亚胺薄膜的导热性能，然而使用这些导热填料制得的薄膜硬度高、绝缘性能差，无法适应作为柔性聚酰亚胺热管理薄膜的应用。在柔性聚酰亚胺膜中引入柔性填料如液态金属制备柔性高导热聚酰亚胺基板材料目前还没有实现。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是为克服现有技术中导热填料存在高硬度和绝缘性能差，不利于制备柔性和电绝缘性能的薄膜基板的不足之处，提供一种柔性聚酰亚胺热管理薄膜。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种柔性聚酰亚胺热管理薄膜，由聚酰亚胺基体和均匀分布在聚酰亚胺基体中的氮化碳包覆液态金属微球组成，所述聚酰亚胺基体和所述氮化碳包覆液态金属微球的质量比为50:(5-50)，所述氮化碳包覆液态金属微球为核壳结构，其中液态金属微球为核，氮化碳以纳米片层的形式原位包覆在液态金属表面形成壳层，所述液态金属微球与氮化碳的质量比为1:(1-5)，两者之间通过静电力相结合。

3、作为柔性聚酰亚胺热管理薄膜进一步的改进：

4、优选的，所述液态金属微球的直径为0.5-5μm。

5、本发明的目的之二是提供一种上述任意一项所述柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法，包括以下步骤：

6、s1、取液态金属加入到有机溶剂中，超声处理后加入三聚氰胺，其中液态金属、有机溶剂和三聚氰胺的质量比为4:10:(4-20)，充分搅拌后分离出固体、真空干燥，即制得三聚氰胺均匀包覆的液态金属微球；

7、s2、将三聚氰胺均匀包覆的液态金属微球置于高温炉中，在500-600℃下保温2-5h后冷却至室温，制得氮化碳包覆的液态金属微球；

8、s3、取5-50质量份氮化碳包覆的液态金属微球，均匀分散在220-400质量份的有机溶剂中，再加入聚酰亚胺前驱体，充分搅拌，得到混合均匀的胶体溶液；

9、s4、将胶体溶液经脱泡处理后，利用成膜工艺在平面基板上制膜，膜层厚度为100-1000μm，然后置于250-400℃高温下亚胺化处理1-5小时，冷却后即制得柔性聚酰亚胺热管理薄膜。

10、作为柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法进一步改进：

11、优选的，步骤s3中所述的聚酰亚胺前驱体为聚酰胺酸，或者为二酐单体和二胺单体的组合，添加量以反应后生成50质量份的聚酰亚胺为宜。

12、优选的，步骤s1中所述液态金属为镓铟合金或镓铟锡合金。

13、优选的，步骤s2中从室温以3-5℃/min的升温速度加热到500-600℃。

14、优选的，步骤s1中充分搅拌的时间为4-12小时。

15、优选的，步骤s1、s3所述的有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜。

16、优选的，步骤s1中所述真空干燥的温度为40-100℃。

17、优选的，所述二酐单体和二胺单体为3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐、2,3,3’,4’-二苯甲酮四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯醚四酸二酐、2,3,3’,4’-二苯醚四酸二酐、3,3’,4,4’-联苯基砜四羧酸二酐、均苯四甲酸酐、双酚a型二苯醚二酐、3,3’,4,4’-联苯四酸二酐，3,4’-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基二苯醚、间苯二胺、对苯二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯砜、3,3’-二氨基二苯砜或4,4’-二氨基-2,2’-双三氟甲基联苯。

18、本发明相比现有技术的有益效果在于：

19、1)本发明提供一种柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法，利用柔性液态金属作为主体导热材料，通过在液态金属表面原位生长半导体氮化碳赋予了液态金属的电绝缘性能，然后将氮化碳包覆液态金属微球作为柔性、电绝缘的新型导热填料引入到聚酰亚胺基体中，最终获得了柔性聚酰亚胺热管理薄膜。

20、2)本发明的薄膜克服了现有技术的热管理薄膜基板材料不能兼顾高导热、电绝缘和柔性的缺陷。经测试，当氮化碳包覆液态金属微球填料含量为40wt％，聚酰亚胺复合膜的导热率约为1.8wm-1k-1，是纯聚酰亚胺膜导热率的9倍。

技术特征：

1.一种柔性聚酰亚胺热管理薄膜，其特征在于，由聚酰亚胺基体和均匀分布在聚酰亚胺基体中的氮化碳包覆液态金属微球组成，所述聚酰亚胺基体和所述氮化碳包覆液态金属微球的质量比为50:(5-50)，所述氮化碳包覆液态金属微球为核壳结构，其中液态金属微球为核，氮化碳以纳米片层的形式原位包覆在液态金属表面形成壳层，所述液态金属微球与氮化碳的质量比为1:(1-5)，两者之间通过静电力相结合。

2.根据权利要求1所述的柔性聚酰亚胺热管理薄膜，其特征在于，所述液态金属微球的直径为0.5-5μm。

3.一种权利要求1-2任意一项所述柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述的聚酰亚胺前驱体为聚酰胺酸，或者为二酐单体和二胺单体的组合，添加量以反应后生成50质量份的聚酰亚胺为宜。

5.根据权利要求3或4所述的柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述液态金属为镓铟合金或镓铟锡合金。

6.根据权利要求3所述的柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中从室温以3-5℃/min的升温速度加热到500-600℃。

7.根据权利要求3所述的柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中充分搅拌的时间为4-12小时。

8.根据权利要求3所述的柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s1、s3所述的有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜。

9.根据权利要求3所述的柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述真空干燥的温度为40-100℃。

10.根据权利要求3所述的柔性聚酰亚胺热管理薄膜的制备方法，其特征在于，所述二酐单体和二胺单体为3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐、2,3,3’,4’-二苯甲酮四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯醚四酸二酐、2,3,3’,4’-二苯醚四酸二酐、3,3’,4,4’-联苯基砜四羧酸二酐、均苯四甲酸二酐、双酚a型二苯醚二酐、3,3’,4,4’-联苯四酸二酐，3,4’-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基二苯醚、间苯二胺、对苯二胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯砜、3,3’-二氨基二苯砜或4,4’-二氨基-2,2’-双三氟甲基联苯。

技术总结
本发明属于聚酰亚胺膜技术领域，具体涉及一种柔性聚酰亚胺热管理薄膜及其制备方法。该柔性聚酰亚胺热管理薄膜由聚酰亚胺基体和均匀分布在聚酰亚胺基体中的氮化碳包覆液态金属微球组成，所述聚酰亚胺基体和所述氮化碳包覆液态金属微球的质量比为50:(0.5‑25)，所述氮化碳包覆液态金属微球为核壳结构，其中液态金属微球为核、半导体的氮化碳为壳，所述液态金属微球与半导体氮化碳的质量比为1:(1‑5)，两者之间通过静电力相结合。制备过程包括制备液态金属微球、氮化碳包覆液态金属微球，然后将氮化碳包覆液态金属微球作为柔性导热填料引入到聚酰亚胺基体中，制的柔性聚酰亚胺热管理薄膜。该复合膜具有高的导热性能。

技术研发人员：张献,丁欣,肖超,刘香兰,郑康,宫艺,陈林,田兴友
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/2