本發(fā)明屬于電子設(shè)備熱控制，具體涉及到一種高導(dǎo)熱散熱薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、目前，電子元器件的高度集成化，使其功率密度不斷增加，設(shè)備內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，加上外部太陽(yáng)的輻照作用，會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備的工作溫度大幅升高，而過(guò)高的工作溫度將對(duì)電子設(shè)備的運(yùn)行效率、使用壽命產(chǎn)生不利影響。為實(shí)現(xiàn)在正常的溫度范圍下運(yùn)行，大部分電子設(shè)備采用風(fēng)冷系統(tǒng)或液冷系統(tǒng)，但傳統(tǒng)的冷卻方式在實(shí)際應(yīng)用中存在一些不足，例如風(fēng)冷系統(tǒng)體積大、噪音大、冷卻效果有限；水冷系統(tǒng)成本高、可靠性低、系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜。因此，尋找出一種新型高效、環(huán)保的散熱方式是保證電子設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

2、與傳統(tǒng)的主動(dòng)冷卻方式不同，被動(dòng)式輻射冷卻技術(shù)由于不需要能量輸入、無(wú)溫室氣體排放、被動(dòng)降溫等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備散熱的一種有效途徑。這種冷卻方式主要利用材料獨(dú)特的光譜特性，一方面盡可能多的反射或散射來(lái)自于太陽(yáng)光譜波段的能量，以抑制太陽(yáng)對(duì)電子設(shè)備的加熱效應(yīng)；另一方面通過(guò)大氣窗口向溫度接近于絕對(duì)零度的宇宙空間發(fā)射大量的紅外輻射能量來(lái)釋放自身產(chǎn)生的熱量，從而降低電子設(shè)備的工作溫度。

3、雖然依靠輻射冷卻方式已可以實(shí)現(xiàn)亞環(huán)境冷卻，但冷卻效果有限，特別是對(duì)于高功率電子設(shè)備，很難實(shí)現(xiàn)散熱量大于自身產(chǎn)生的熱量，這主要受兩方面因素的影響：1)現(xiàn)有薄膜填充的粒子在太陽(yáng)光譜波段的反射率及紅外寬波段的發(fā)射率不夠理想；2)高功率電子設(shè)備自身發(fā)熱量大，在散熱模塊易出現(xiàn)局部熱點(diǎn)，由于傳統(tǒng)熱控薄膜的導(dǎo)熱能力較差(熱導(dǎo)率<1w/(m·k))，使熱量在器件表面局部逐漸積累而無(wú)法及時(shí)擴(kuò)散、排出?；谝陨蠁?wèn)題，發(fā)明一種在紫外-可見(jiàn)-近紅外波段具有高反射、紅外寬波段具有高發(fā)射的微納米顆粒，以及提升熱控薄膜導(dǎo)熱能力，是滿足高功率電子器件，甚至空間大功率航天器散熱需求的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述和/或現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

3、因此，本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高導(dǎo)熱散熱薄膜。

4、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：：包括，

5、(i)由基于石墨烯和碳納米管的擴(kuò)熱層與基于棒狀結(jié)構(gòu)的散熱層通過(guò)壓延復(fù)合得到；

6、(ii)基于棒狀結(jié)構(gòu)的散熱層由分散體和連續(xù)體混煉流延得到，其中，所述分散體為棒狀微納結(jié)構(gòu)粒子，所述連續(xù)體包括有機(jī)粘結(jié)劑或無(wú)機(jī)粘結(jié)劑；

7、(iii)棒狀微納結(jié)構(gòu)粒子由兩種或兩種以上具有高折射率的金屬氧化物和微量金屬元素氧化物組合后通過(guò)高溫模板輔助燒結(jié)制得；

8、(iv)具有高折射率的金屬氧化物包括si、y、zn、zr、ti、al的氧化物，微量金屬元素氧化物包括hf、ce、gd的氧化物。

9、進(jìn)一步的，可以通過(guò)向基于棒狀結(jié)構(gòu)的散熱層中添加導(dǎo)電顆粒或?qū)犷w粒提高薄膜的導(dǎo)電或?qū)嵝阅?，但薄膜的光譜性能會(huì)相應(yīng)降低。

10、作為本發(fā)明所述高導(dǎo)熱散熱薄膜的一種優(yōu)選方案，其中：所述散熱層未與擴(kuò)熱層復(fù)合的一側(cè)涂覆有有機(jī)硅保護(hù)層，所述擴(kuò)熱層未與散熱層復(fù)合的一側(cè)涂覆有有機(jī)硅背膠，有機(jī)硅背膠表面還附有pet離型膜。

11、作為本發(fā)明所述高導(dǎo)熱散熱薄膜的一種優(yōu)選方案，其中：所述擴(kuò)熱層的厚度為20～50μm，所述散熱層的厚度為100～500μm。

12、作為本發(fā)明所述高導(dǎo)熱散熱薄膜的一種優(yōu)選方案，其中：所述有機(jī)粘結(jié)劑包括硅樹(shù)脂、聚氨酯、含氟樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂中的一種或多種，所述無(wú)機(jī)粘接劑包括硅酸鉀、硅酸鋰、硅酸鈉、磷酸二氫鋁的一種或多種。

13、作為本發(fā)明所述高導(dǎo)熱散熱薄膜的一種優(yōu)選方案，其中：所述高導(dǎo)熱散熱薄膜的熱導(dǎo)率≧1300w/(m·k)，太陽(yáng)光譜全波段的反射率≧0.96，紫外波段反射率≧0.97，紅外寬波段發(fā)射率≧0.93。

14、本發(fā)明的再一目的是，提供一種高導(dǎo)熱散熱薄膜的制備方法。

15、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：：包括，

16、石墨烯溶液與碳納米管溶液混合得到漿料i，離心成膜后依次進(jìn)行熱還原處理和石墨化處理，得到擴(kuò)熱層；

17、其中，所述熱還原處理的處理溫度為500～800℃，處理時(shí)間為3～6h，所述石墨化處理的處理溫度為2200℃～2600℃，處理時(shí)間為6～10h；

18、兩種或兩種以上具有高折射率的金屬氧化物和微量金屬元素氧化物組合后在空氣氣氛下高溫?zé)Y(jié)，得到分散體棒狀微納結(jié)構(gòu)粒子；

19、棒狀微納結(jié)構(gòu)粒子與連續(xù)體充分混合后經(jīng)200℃～300℃高溫混煉得到分散體/連續(xù)體雜化顆粒；

20、雜化顆粒經(jīng)200℃～300℃的高溫?cái)D出成膜，得到散熱層，擠出過(guò)程中以擴(kuò)熱層為底膜，通過(guò)壓延復(fù)合，得到高導(dǎo)熱散熱薄膜。

21、作為本發(fā)明所述高導(dǎo)熱散熱薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：在所述擴(kuò)熱層未與散熱層復(fù)合的一側(cè)涂覆有機(jī)硅背膠并進(jìn)行固化處理，再附上pet離型膜，其中，所述固化的溫度為100℃～150℃，時(shí)間為1～5min。

22、作為本發(fā)明所述高導(dǎo)熱散熱薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述漿料i中石墨烯溶液與碳納米管溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量比為1:1～1:0.5。

23、作為本發(fā)明所述高導(dǎo)熱散熱薄膜的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為500～1700℃，燒結(jié)時(shí)間為0.5～5h。

24、本發(fā)明的再一目的是，提供高導(dǎo)熱散熱薄膜在制備高功率電子器件中的應(yīng)用。

25、本發(fā)明有益效果：

26、(1)本發(fā)明所述的散熱層由于引入了在太陽(yáng)波段具有高反射、寬紅外波段具有高發(fā)射特性的棒狀微納結(jié)構(gòu)粒子，可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光波段與紅外寬波段光譜性能的協(xié)同耦合。

27、(2)本發(fā)明所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜兼具導(dǎo)熱能力好、散熱能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可使器件表面的熱量及時(shí)傳導(dǎo)并發(fā)散到外部環(huán)境。

28、(3)本發(fā)明所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜具有裝配周期短、施工簡(jiǎn)單、可大面積制備的特點(diǎn)，可滿足高功率電子設(shè)備及星載電子器件的擴(kuò)熱/散熱需求。

技術(shù)特征：

1.一種高導(dǎo)熱散熱薄膜，其特征在于：包括，

2.如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜，其特征在于：所述散熱層未與擴(kuò)熱層復(fù)合的一側(cè)涂覆有有機(jī)硅保護(hù)層，所述擴(kuò)熱層未與散熱層復(fù)合的一側(cè)涂覆有有機(jī)硅背膠，有機(jī)硅背膠表面還附有pet離型膜。

3.如權(quán)利要求2所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜，其特征在于：所述擴(kuò)熱層的厚度為20～50μm，所述散熱層的厚度為100～500μm。

4.如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜，其特征在于：所述有機(jī)粘結(jié)劑包括硅樹(shù)脂、聚氨酯、含氟樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂中的一種或多種，所述無(wú)機(jī)粘接劑包括硅酸鉀、硅酸鋰、硅酸鈉、磷酸二氫鋁的一種或多種。

5.如權(quán)利要求1～4任一所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜，其特征在于：所述高導(dǎo)熱散熱薄膜的熱導(dǎo)率≧1300w/(m·k)，太陽(yáng)光譜全波段的反射率≧0.96，紫外波段反射率≧0.97，紅外寬波段發(fā)射率≧0.93。

6.如權(quán)利要求5所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜的制備方法，其特征在于：包括，

7.如權(quán)利要求6所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜的制備方法，其特征在于：在所述擴(kuò)熱層未與散熱層復(fù)合的一側(cè)涂覆有機(jī)硅背膠并進(jìn)行固化處理，再附上pet離型膜，其中，所述固化的溫度為100℃～150℃，時(shí)間為1～5min。

8.如權(quán)利要求6所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜的制備方法，其特征在于：所述漿料i中石墨烯溶液與碳納米管溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量比為1:1～1:0.5。

9.如權(quán)利要求6所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜的制備方法，其特征在于：所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為500～1700℃，燒結(jié)時(shí)間為0.5～5h。

10.如權(quán)利要求5所述的高導(dǎo)熱散熱薄膜在制備高功率電子器件中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種高導(dǎo)熱散熱薄膜及其制備方法和應(yīng)用，所述薄膜包括基于石墨烯和碳納米管的擴(kuò)熱層與基于棒狀微納結(jié)構(gòu)粒子的散熱層。其中，棒狀微納結(jié)構(gòu)粒子利用高溫模板輔助燒結(jié)工藝合成，擴(kuò)熱層利用離心法成膜，散熱層通過(guò)高溫混煉流延方法制備，通過(guò)對(duì)擴(kuò)熱層與散熱層進(jìn)行壓延復(fù)合，可以獲得高導(dǎo)熱散熱薄膜。本發(fā)明制備的高導(dǎo)熱散熱薄膜兼具導(dǎo)熱性能好、散熱能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光波段與紅外寬波段光譜性能的協(xié)同耦合，具有裝配周期短、施工簡(jiǎn)單、可大面積制備的特性，可滿足高功率電子設(shè)備及星載/機(jī)載/艦載散熱組組件的擴(kuò)熱/散熱需求。

技術(shù)研發(fā)人員：范德松,楊宇龍,李強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19