热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料制备方法及应用

技术领域

本发明涉及聚合物基高导热复合材料领域，具体涉及一种热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料制备方法及应用。

背景技术

随着第五代通讯技术的快速发展，电子器件及其设备已向着小型化、多功能化和高度集成化的方向发展，并广泛应用于国民生活的各个领域。现阶段，高集成化电子器件在运行期间会不断产生热量的累积，如果不能及时消除，则会引起电子器件温度急剧上升，从而导致设备效率和使用寿命的严重下降。因而电子器件的散热问题已逐渐成为限制电子器件领域技术发展的瓶颈。为了提高电子器件的功能稳定性和使用寿命，聚合物基导热复合材料成为电子器件实现热量耗散的关键材料。因此，制备出强散热能力的聚合物基导热复合材料在现代电子封装领域中扮演着重要的作用。

发明内容

本发明为解决现有聚合物基导热复合材料低散热效率和制备工艺复杂的技术问题，提供一种热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料制备方法。通过结合热传递与潜热吸能的协同方式，增强聚合物基导热复合材料的散热能力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料制备方法，包括以下步骤：

(1)将六水合氯化铬与对苯二甲酸均匀分散在去离子水中，室温下剧烈搅拌后将其混合液放入高压反应釜中，在一定温度和时间反应后，离心提纯得到多孔吸水性MOF材料；

(2)将羟基化改性BN-OH分散在去离子水中，超声后加入到天然胶乳中，机械搅拌得到均匀的混合分散液，然后将混合分散液缓慢加入到真空辅助抽滤装置中抽滤，得到以BN/NR为主的高导热传递层结构；

(3)将吸水性MOF材料加入到去离子水中，超声得到MOF分散液，加入一定质量的纤维素后进一步超声，进而得到MOF/CNF分散液，并将MOF/CNF分散液缓慢加入到热传递层结构上面，继续进行真空辅助抽滤，抽滤完成后得到热传递层结构与潜热吸能层结构相结合的异质结构聚合物基复合材料；

(4)将步骤(3)所制备的异质结构聚合物基复合材料放置于真空干燥烘箱中，在一定温度下干燥一定时间，得到热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料。

进一步的，步骤(1)中，六水合氯化铬与对苯二甲酸的摩尔质量比为1:1，搅拌时间为3-10min，搅拌速度为1000-6000r/min，氯化铬与对苯二甲酸的浓度分别为36.9mg/ml、23.1mg/ml。进一步的，步骤(1)中反应温度为180-220℃，反应时间为16-24h，离心速度为5000-8000r/min。

进一步的，步骤(2)超声时间为10-30min，搅拌速度为200-600r/min，搅拌时间为10-30min。

进一步的，步骤(3)中吸水性MOF材料与纤维素的质量比为3-9:12.5-50，MOF分散液的浓度为0.3 -0.7wt％，超声时间为10-30min。

进一步的，步骤(4)中干燥温度为40-80℃，干燥时间为6-12h。

进一步的，步骤(4)制备的复合材料的厚度为100-300μm。

另外，本发明还提供上述的制备方法得到的传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料在制备电子封装材料中的应用。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所制备的热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料，兼具有热传递与潜能吸热两种散热方式，协同提高了聚合物基导热复合材料的散热效率，有效增加了电子封装材料在运行时的运行可靠性。为多重散热方式协同作用的异质结构聚合物基导热复合材料在电子封装领域中的应用提供了新思路。

(2)本发明提供的异质结构聚合物基导热复合材料的制备方法，所设计的材料均绿色环保，价格低廉。此外，工艺可以连续生产、仪器设备操作简单、容易实现工业化生产。

(3)本发明所设计的异质结构聚合物基导热复合材料，潜能吸热层所利用的是MOF(MIL-101(Cr))的多孔吸水性能，在电子封装材料运行过程中，MOF所吸收水分受热挥发，达到降温冷却效果。过程所涉及相变为空气中水分，有益于环境保护。

附图说明

图1为本发明制备的材料的扫描图，其中a为制备的具有吸水性的MOF材料的扫描图，b为MOF/CNT的扫描图，c为异质结构聚合物基导热复合材料的断貌扫描图。

图2为吸水性的MOF材料对于水分的吸附和解附图。

图3为异质结构聚合物基导热复合材料与纯聚合物基导热复合材料应用于LED灯后在300s时的表面温度。

图4为异质结构聚合物基导热复合材料与纯聚合物基导热复合材料应用于LED灯后在600s时的表面温度。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例中所用到的部分原材料型号或指标如下：

CrCl

H

BN：数均分子量24.82，六方氮化硼，1～2μm；

天然胶乳：固含量为60％

实施例1

热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料制备，包括以下步骤：

(1)多孔吸水材料MOF(MIL-101(Cr))的制备过程，首先称取799.5mg的六水合硫化铬(CrCl

(2)将0.12g BN-OH分散在12g去离子水中，超声10min，得到1wt％的BN-OH分散液，将其加入到0.35g固含量为60wt％的天然胶乳中，以50W功率超声5min后，得到混合分散液；将其缓慢加入到真空辅助抽滤装置中，抽滤2h，得到以BN/NR为主的热传递层结构。

(3)将0.03g MOF加入到10g水中，超声5min，得到0.3wt％MOF分散液，加入1.25g的纤维素CNF，进一步超声10min，得到MOF/CNF分散液，将其缓慢加入到热传递层结构上面，继续进行真空辅助抽滤，抽滤12h，得到热传递层结构与潜热吸能层结构相结合的异质结构聚合物基导热复合材料。

(4)将步骤(3)所制备的异质结构聚合物基导热复合材料置于真空干燥烘箱中，在60℃下干燥24h，得到热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料。

实施例2

热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料制备，包括以下步骤：

(1)多孔吸水材料MOF(MIL-101(Cr))的制备过程，首先称取799.5mg的六水合硫化铬(CrCl

(2)将0.12g BN-OH分散在12g去离子水中，超声10min，得到1wt％的BN-OH分散液，加入到0.35g固含量为60wt％的天然胶乳中，以50W功率超声5min后，得到混合分散溶液，然后将其缓慢加入到真空辅助抽滤装置中，抽滤2h，得到以BN/NR为主的高导热传递层结构。

(3)将0.05g MOF加入到10g水中，超声5min，得到0.5wt％MOF水分散液，加入1.25g的纤维素CNF，进一步超声10min，得到MOF/CNF分散液，将其缓慢加入到热传递层结构上面，继续进行真空辅助抽滤，抽滤12h，得到热传递层结构与潜热吸能层结构相结合的异质结构聚合物基导热复合材料。

(4)将步骤(3)所制备的异质结构聚合物基导热复合材料放置于真空干燥烘箱中，在60℃下干燥24h，得到热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料。

实施例3

热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料制备，包括以下步骤：

(1)多孔吸水材料MOF(MIL-101(Cr))的制备过程，首先称取799.5mg的六水合硫化铬(CrCl

(2)将0.12g BN-OH分散在12g去离子水中，超声10min，得到1wt％的BN-OH分散液，加入到0.35g固含量为60wt％的天然胶乳中，以50W功率超声5min后，得到混合分散溶液，然后将其缓慢加入到真空辅助抽滤装置中，抽滤2h，得到以BN/NR为主的高导热传递层结构。

(3)将0.07g MOF加入到10g水中，超声5min，得到0.7wt％MOF分散液，加入1.25g的纤维素CNF，进一步超声10min，得到MOF/CNF分散液，将其缓慢加入到热传递层结构上面，继续进行真空辅助抽滤，抽滤12h，得到热传递层结构与潜热吸能层结构相结合的异质结构聚合物基导热复合材料。

(4)将步骤(3)所制备的异质结构聚合物基导热复合材料放置于真空干燥烘箱中，在60℃度下干燥24h，得到热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料。

实施例4

热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料制备，包括以下步骤：

(1)多孔吸水材料MOF(MIL-101(Cr))的制备过程，首先称取799.5mg的六水合硫化铬(CrCl

(2)将0.24g BN-OH分散在12g去离子水中，超声10min，得到2wt％的BN-OH分散液，加入到0.35g固含量为60wt％的天然胶乳中，以50W功率超声5min后，得到混合分散溶液，然后将其缓慢加入到真空辅助抽滤装置中，抽滤2h，得到以BN/NR为主的高导热传递层结构。

(3)将0.07g MOF加入到10g水中，超声5min，得到0.7wt％MOF分散液，加入1.25g的纤维素CNF，进一步超声10min，得到MOF/CNF分散液，将其缓慢加入到热传递层结构上面，继续进行真空辅助抽滤，抽滤12h，得到热传递层结构与潜热吸能层结构相结合的异质结构聚合物基导热复合材料。

(4)将步骤(3)所制备的异质结构聚合物基导热复合材料放置于真空干燥烘箱中，在60℃度下干燥24h，得到热传递-潜能双重协同散热方式异质结构聚合物基导热复合材料。

对比例1

热传递形式聚合物基导热复合材料，包括以下步骤：

(1)将0.12g BN-OH分散在12g去离子水中，超声10min，得到1wt％的BN-OH分散液，加入到0.35g固含量为60wt％的天然胶乳中，以50W功率超声5min后，得到混合分散溶液，然后将其缓慢加入到真空辅助抽滤装置中，抽滤2h，得到以BN/NR为主的高导热传递层结构。

(2)将步骤(1)所制备的聚合物基导热复合材料放置于真空干燥烘箱中，在60℃度下干燥24h，得到热传递形式聚合物基导热复合材料。

对比例2

热传递形式聚合物基导热复合材料，包括以下步骤：

(1)将0.24g BN-OH分散在12g去离子水中，超声10min，得到2wt％的BN-OH分散液，加入到0.35g固含量为60wt％的天然胶乳中，以50W功率超声5min后，得到混合分散溶液，然后将其缓慢加入到真空辅助抽滤装置中，抽滤2h，得到以BN/NR为主的高导热传递层结构。

(2)将步骤(1)所制备的聚合物基导热复合材料放置于真空干燥烘箱中，在60℃度下干燥24h，得到热传递形式聚合物基导热复合材料。

实施例1～3与对比例1，LED灯温度性能测试结果见表1。在表1中可以看出，在相同含量导热填料BN下，MOF含量最多的实施例3中LED灯在连续工作300s时，其温度保持最低。结果证明,随着MOF含量的增加，有效地降低了LED灯工作温度，增加其工作性能稳定性。

表1实施例1～3与对比例1复合材料的LED灯温度性能测试结果

实施例3～4与对比例2，LED灯温度性能测试结果见表2。从表2中可以看出，实施例4中LED灯工作300s时温度最低，证明了增加导热填料BN含量，能够有效降低LED灯工作温度。

表2实施例3～4与对比例2复合材料的LED灯温度性能测试结果