本发明专利技术公开低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料及其制备方法和应用。所述制备方法通过包含静电作用、化学键作用、溶剂氢键作用中的至少一种的强相互作用将低维纳米高导热材料紧密包覆在微米空心球形颗粒表面；其中，低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒的质量比为1：5～1：100。本发明专利技术的微米空心球形颗粒抑制了低维纳米高导热材料的团聚和取向，并在低质量分数的前提下提供了显著的体积分数，包覆在空心微球表面的低维纳米填料作为导热通道提供高导热性能。而且，所述制备方法通过静电作用、化学键作用、溶剂氢键作用等强相互作用实现低维纳米高导热材料和微米空心球形颗粒的紧密结合。心球形颗粒的紧密结合。心球形颗粒的紧密结合。
【技术实现步骤摘要】
低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及一种低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料及其制备方法和应用，属于复合材料领域。
技术介绍
[0002]近年来，电子元器件的集成程度和组装密度不断提高，电子产品在高效率运转的同时，工作能耗和工作温度急剧增大，但是温度过高会对电子元器件的运行稳定性、可靠性等产生有害影响，从而大大缩短电子元器件的使用寿命。有机高分子材料，如环氧树脂、有机硅树脂、热塑性聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮(PEK)等，易成型、密度小、成本较低，同时具有优异的力学强度和耐热性(长期使用温度可在200℃以上)、阻燃性、电绝缘性，被广泛应用于微电子领域。但是有机高分子材料的本征导热系数通常较低(0.2
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0.5W/mK)，难以满足电子元器件日益增长的散热需求，这成为制约微电子领域持续快速发展的瓶颈之一。
[0003]目前提高聚合物导热性能的一个主要方法是向聚合物基体中添加高导热填料，如氧化铝、氮化铝、六方氮化硼等，从而获得高导热复合材料。但是这种方法只有在填料达到较高添加量时才有可能显著提升材料的面间导热。然而大量填料的添加，严重影响了高分子材料的易加工性，材料密度也明显增加。而且，氮化铝、六方氮化硼等导热性能好的填料成本较高，高添加量同时也导致材料成本迅速上升，限制了其应用。
[0004]低维纳米高导热填料如石墨烯、碳纳米管、六方氮化硼纳米片或纳米管、碳化硅晶须、MXene材料受到极大关注。它们独特的低维纳米形貌使其容易面内取向，并在取向方向上更易形成导热通道，从而在较低添加量时就能明显提高面内导热。但由于其取向方向与面间往往不一致，使得它们对于散热更为重要的面间导热提升不显著。当纳米填料发生团聚时效果则更差。
[0005]总之，目前还未有一种填料能在较低添加量就可以显著提高聚合物材料的面间导热。亟需开发一种成本低廉、在较少添加量下就能显著提高聚合物面间导热的高导热填料。
技术实现思路
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料及其制备方法和应用。本专利技术的微米空心球形颗粒抑制了低维纳米高导热材料的团聚和取向，并在低质量分数的前提下提供了显著的体积分数，包覆在空心微球表面的低维纳米填料作为导热通道提供高导热性能。而且，所述制备方法通过静电作用、化学键作用、溶剂氢键作用等强相互作用实现低维纳米高导热材料和微米空心球形颗粒的紧密结合，使得低维纳米高导热材料紧紧包覆在微米空心球形颗粒的表面，在较低低维纳米高导热材料添加量的情况下就可以显著提高填料的导热性能。
[0007]本专利技术提供一种低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料的制备方法。
所述制备方法通过包含静电作用、化学键作用、溶剂氢键作用中的至少一种的强相互作用将低维纳米高导热材料紧密包覆在微米空心球形颗粒表面；其中，低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒的质量比为1：5～1：100。
[0008]较佳地，所述低维纳米高导热材料包括石墨烯、石墨纳米片、六方氮化硼纳米片或纳米管、二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物(MXene)、单壁或多壁碳纳米管中的至少一种。
[0009]较佳地，所述微米空心球形颗粒包括空心无机微球和/或空心聚合物微球。优选地，空心无机微球包括空心氧化硅和/或空心玻璃微珠。空心聚合物微球包括空心PS微球和/或空心PMMA微球。
[0010]较佳地，所述微米空心球形颗粒的粒径为1
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100μm；所述微米空心球形颗粒的壁厚占颗粒直径的5％
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100％，优选10％～50％。
[0011]较佳地，通过静电作用将低维纳米高导热材料紧密包覆在微米空心球形颗粒表面的方法包括：在低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒的表面分别负载异性电荷基团；优选地，在低维纳米高导热材料表面负载负电基团和在微米空心球形颗粒表面负载正电基团；将表面负载异性电荷基团的低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒在无电荷聚集的有机溶剂中分散并干燥，得到低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料。
[0012]较佳地，通过静电作用将低维纳米高导热材料紧密包覆在微米空心球形颗粒表面的方法包括：将低维纳米高导热材料进行球磨分散，并把球磨分散后的低维纳米高导热材料分布于碱性溶液中，获得表面负载羟基的低维纳米高导热材料；使用酸性溶液将微米空心球形颗粒进行质子化处理，获得表面负载质子的低维纳米高导热材料；将表面负载羟基的低维纳米高导热材料与表面负载质子的微米空心球形颗粒在无电荷聚集的有机溶剂中分散并干燥，得到低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料。
[0013]较佳地，通过化学键作用将低维纳米高导热材料紧密包覆在微米空心球形颗粒表面的方法包括：在低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒的表面分别负载可以发生化学键合的官能团，然后将负载化学官能团后的低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒分散在溶剂中进行化学键合并干燥，得到低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料。
[0014]较佳地，采用聚合物以及与所述聚合物可以发生化学反应的化学物质对低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒分别进行处理而在低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒的表面分别负载可以发生化学键合的官能团。
[0015]较佳地，通过化学键作用将低维纳米高导热材料紧密包覆在微米空心球形颗粒表面的方法包括：对低维纳米高导热材料进行环氧树脂处理而在低维纳米高导热材料表面包覆环氧树脂；对微米空心球形颗粒进行环氧固化剂处理而在微米空心球形颗粒表面包覆环氧固化剂；将表面包覆环氧树脂的低维纳米高导热材料和表面包覆环氧固化剂的微米空心球形颗粒分散在溶剂中进行化学键合并干燥，得到低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料。
[0016]较佳地，通过溶剂氢键作用将低维纳米高导热材料紧密包覆在微米空心球形颗粒表面的方法包括：将低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒分散在富含氢键的溶剂中，充分搅拌均匀后干燥，得到低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料。
[0017]第二方面，本专利技术提供上述任一项所述的制备方法获得的低维纳米高导热材料包
覆的空心微球复合导热填料。
[0018]第三方面，本专利技术提供上述低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料在导热方面的应用。
[0019]有益效果：
[0020]1.本专利技术通过静电等强相互作用实现了低维纳米导热材料对微米空心球形颗粒的紧密包覆，制备得到的复合高导热填料克服了低维纳米填料和球形填料单独使用的缺陷。在不同形态填料的协同增强作用下，复合材料可以在很低质量填料添加分数下构建了连续的三维导热网络，解决了低维纳米填料分散不均匀及导热通路不连续等难题，制备的复合材料表现出优异的导热性能。
[0021]2.和传统多种填料简单混合使用方法相比，本专利技术使不同形貌填料紧密结合，形成有机整体，互相配合，取长补短，分别起到不同的作本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料的制备方法，其特征在于，所述制备方法通过包含静电作用、化学键作用、溶剂氢键作用中的至少一种的强相互作用将低维纳米高导热材料紧密包覆在微米空心球形颗粒表面；其中，低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒的质量比为1：5～1：100。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低维纳米高导热材料包括石墨烯、石墨纳米片、六方氮化硼纳米片或纳米管、二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物(MXene)、单壁或多壁碳纳米管中的至少一种；所述微米空心球形颗粒包括空心无机微球和/或空心聚合物微球。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，通过静电作用将低维纳米高导热材料紧密包覆在微米空心球形颗粒表面的方法包括：在低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒的表面分别负载异性电荷基团；优选地，在低维纳米高导热材料表面负载负电基团和在微米空心球形颗粒表面负载正电基团；将表面负载异性电荷基团的低维纳米高导热材料与微米空心球形颗粒在无电荷聚集的有机溶剂中分散并干燥，得到低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，通过静电作用将低维纳米高导热材料紧密包覆在微米空心球形颗粒表面的方法包括：将低维纳米高导热材料进行球磨分散，并把球磨分散后的低维纳米高导热材料分布于碱性溶液中，获得表面负载羟基的低维纳米高导热材料；使用酸性溶液将微米空心球形颗粒进行质子化处理，获得表面负载质子的低维纳米高导热材料；将表面负载羟基的低维纳米高导热材料与表面负载质子的微米空心球形颗粒在无电荷聚集的有机溶剂中分散并干燥，得到低维纳米高导热材料包覆的空心微球复合导热填料。5.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓，刘廷廷，
申请(专利权)人：黄晓，
类型：发明
国别省市：
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