本發明屬于導熱散熱材料，特別涉及一種含石墨烯為主的復合填料以及利用該復合填料制備出的含石墨烯的復合電子導熱散熱材料。

背景技術：

隨著電子器件與設備的功率密度與集成化密度越來越高，電子器件與設備的散熱要求也越來越重要。電子器件與設備在運行過程中會產生大量的熱量，這些熱量若不散發出去會影響電子器件與設備的壽命與期器件性能穩定性。目前電子器件與設備的散熱材質一般選用導熱率高的金屬如鋁、銅、銀等，上述金屬熱導率高但是熱輻射率很低，限制了熱量向外輻射消散速率。在此，本發明以石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦等復合填料作為高導熱、高熱輻射率的復合填料制備性能優良的散熱材料。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的金屬熱導率高、熱輻射率很低的問題，本發明提供了一種石墨烯/二氧化硅/氧化鋁復合填料應用于制備散熱材料，制備出的復合填料具有高導熱率、高輻射率、與成膜物質有良好熱傳到界面的優勢，使得制備的含石墨烯的復合電子導熱散熱材料具有良好的導熱散熱效果。

本發明所提供的技術方案具體如下：

一種石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料的制備方法，包括以下步驟：室溫下，將二氧化硅前驅體、氧化鋁前驅體、二氧化鈦前驅體、石墨烯材料一起在醇溶液中混合均勻，然后慢慢加入弱堿溶液，攪拌1-3小時，二氧化硅前驅體、氧化鋁前驅體、二氧化鈦前驅體在石墨烯材料中分別成核生長為二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦，即得到石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料；所述的石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料中，二氧化硅的質量分數為0.1-30wt％，氧化鋁的質量分數為0.1-30wt％，二氧化鈦的質量分數為0.1-30wt％，石墨烯材料的質量分數為0.1-35wt％。

所述的石墨烯材料為氮摻雜石墨烯、硫摻雜石墨烯、磷摻雜石墨烯、氟摻雜石墨烯、氯摻雜石墨烯、石墨烯、氧化石墨烯的一種或幾種；所述的二氧化硅前驅體為正硅酸四(1,1,1,3,3,3-六氟異丙基)酯、正硅酸四異丙酯、正硅酸異丙酯、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丁酯中的一種或幾種；所述的氧化鋁前驅體為異丙醇鋁、硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁銨、碳酸鋁銨、三氟化鋁中的一種或幾種；所述的二氧化鈦前驅體為鈦酸正丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦、三氯化鈦中的一種或幾種。

所述的弱堿溶液中含有添加劑，所述的添加劑為鹽酸、碳酸氫鈣、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、乳酸、聚乙二醇、石蠟中的一種或幾種。

一種石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料，由上述制備方法制備得到。

上述石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料在熱傳導領域中的應用。

一種含石墨烯的復合電子導熱散熱材料的制備方法，包括以下步驟：將上述石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料、主要成膜物質、輔助填料一起混合均勻，即得到含石墨烯的復合電子導熱散熱材料；

所述的含石墨烯的復合電子導熱散熱材料中，石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料的含量占含石墨烯的復合電子導熱散熱材料的1-85wt％；

所述的輔助填料為氧化鎂、氧化硼、氧化鈮、硅藻泥、氧化鎳、氧化鐵、炭黑、碳納米管、氮化鋁、活性炭、氮化硼、氧化鈦、氧化鋅中的一種或幾種；所述輔助填料的含量占石墨烯復合電子導熱散熱復合材料的1-35wt％；

所述主要成膜物質的含量占含石墨烯的復合電子導熱散熱材料的1-90wt％。

所述的主要成膜物質為水性成膜物質或油性成膜物質；

所述的水性成膜物質為水性丙烯酸樹脂、水性聚氨酯、水性環氧樹脂、水性丁苯橡膠樹脂、水性醇酸樹脂、水性有機硅樹脂中的一種或幾種；

所述的油性成膜物質為環氧樹脂、溶劑型聚氨酯、雙組份有機硅樹脂、丙烯酸樹脂、醇酸樹脂中的一種或幾種。

所述的主要成膜物質為丙烯酸單體、苯乙烯單體、聚乙二醇、異氰酸酯單體、丁二烯單體、鄰苯二甲酸酐、己二醇中的一種。

一種含石墨烯的復合電子導熱散熱材料，由上述制備方法制備得到。

上述含石墨烯的復合電子導熱散熱材料作為散熱材料的應用。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：

(1)本發明制備的石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料具有良好的導熱率(1-5W/mK)、熱輻射率(0.95-0.98)及與主要成膜物質有優良的熱傳導界面，在熱傳導領域具有很大的發展前景。

(2)本發明將石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料與主要成膜物質一起攪拌混合或研磨，再添加輔助填料，即能得到性能優良的含石墨烯的復合電子導熱散熱材料，操作簡單，使用方便，用于工業生產中能夠節省大量的生產成本。

附圖說明

圖1為新制備的含石墨烯的復合電子導熱散熱材料的圖片。

圖2為含石墨烯的復合電子導熱散熱材料涂覆在鋁箔基底上的圖片。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發明的技術方案進一步闡釋，但不作對其進行限定。

實施例1

室溫下，將5g石墨烯、30g異丙醇鋁、50mL正硅酸乙酯、6mL鈦酸正丁酯、350mL乙醇混合，攪拌15分鐘，混合均勻；然后緩慢滴加8mL氨水，繼續攪拌2小時，將得到的反應液固液分離，將固體干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料。

室溫下，將得到的石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料加入到150g水性丙烯酸樹脂中，繼續攪拌30分鐘，隨后加入20g氧化鎂，攪拌分散2小時，即得到含石墨烯的復合電子導熱散熱材料。

實施例2

室溫下，將15g硫摻雜石墨烯、75g異丙醇鋁、100mL正硅酸乙酯、3mL鈦酸正丁酯、750mL乙醇混合，攪拌15分鐘，混合均勻；然后緩慢滴加15mL氨水，繼續攪拌2小時，將得到的反應液固液分離，將固體干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料。

室溫下，將得到的石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料加入到500g水性聚氨酯中，繼續攪拌30分鐘，隨后加入60g氮化硼，攪拌分散2小時，即得到含石墨烯的復合電子導熱散熱材料。

實施例3

室溫下，將5g磷摻雜石墨烯、15g硝酸鋁、25mL正硅酸乙酯，8mL四氯化鈦、150mL乙醇一起攪拌15分鐘，混合均勻；然后緩慢滴加含有5g碳酸氫鈉的水溶液，繼續攪拌2小時，將得到的反應液固液分離，將固體干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料。

室溫下，將得到的石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料加入到75g水性環氧樹脂中，繼續攪拌30分鐘，隨后加入10g氧化鐵，攪拌分散2小時，即得到含石墨烯的復合電子導熱散熱材料。

實施例4

室溫下，將5g氟摻雜石墨烯、60g氯化鋁、15mL正硅酸四(1,1,1,3,3,3-六氟異丙基)酯、3mL鈦酸正丁酯、380mL異丙醇一起攪拌25分鐘，混合均勻；然后緩慢滴加含有15g碳酸氫鈉的水溶液，繼續攪拌2小時，將得到的反應液固液分離，將固體干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料。

室溫下，將得到的石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料加入到115g水性聚氨酯中，繼續攪拌30分鐘，隨后加15g氧化鎂，攪拌分散2小時，即得到含石墨烯的復合電子導熱散熱材料。

實施例5

室溫下，將5g氧化石墨烯、15g異丙醇鋁、25mL正硅酸乙酯、2mL鈦酸異丙酯、250mL乙醇一起攪拌15分鐘，混合均勻；然后緩慢滴加5mL氨水，繼續攪拌2小時，將得到的反應液固液分離，將固體干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料。

室溫下，將得到的石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料加入到60g雙組份聚二甲基硅氧烷中，隨后加10g氧化鐵，攪拌分散2小時，即得到含石墨烯的復合電子導熱散熱材料。

實施例6

室溫下，將5g氮摻雜石墨烯、16g異丙醇鋁、28mL正硅酸四異丙酯、3mL鈦酸異丙酯、250mL乙醇一起攪拌15分鐘，混合均勻；然后緩慢滴加含2g碳酸氫鈉的10mL水溶液，繼續攪拌2小時，將得到的反應液固液分離，將固體干燥后即得到石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料。

室溫下，將得到的石墨烯/二氧化硅/氧化鋁/二氧化鈦復合填料加入到60g雙組份聚二甲基硅氧烷中，隨后加10g氧化鐵，攪拌分散2小時，即得到含石墨烯的復合電子導熱散熱材料。

實施例7

將5g含石墨烯的復合電子導熱散熱材料滴加在切好的鋁箔一端，用涂抹器勻速在涂料上方劃過，得到的鋁箔在80℃下烘干6小時，得到含石墨烯的復合電子導熱散熱材料涂層的鋁箔。

經測試：含石墨烯的復合電子導熱散熱材料涂層厚度在5-25微米之間時，散熱性能穩定；涂層厚度大于50微米時，散熱性能下降。烘干的薄膜熱導率為0.3-5W/mK。當含石墨烯的復合電子導熱散熱材料中添加有機成膜物質時，其耐溫范圍為-50-200℃，當含石墨烯的復合電子導熱散熱材料中添加無機成膜物質時，其耐溫范圍為-50-800℃。

表1散熱涂料在15W LED溫度測試結果

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。