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高导热高柔性导热凝胶的制备及其性能研究

高导热高柔性导热凝胶的制备及其性能研究

作者：涂文典南昌大学

学位级别：硕士

随着电子技术的发展,电子器件呈现出高功率密度、微型化的发展趋势,其产热迅速增加,电子器件的热管理显得尤为重要。因为电子器件与散热器件表面存在一定粗糙度,两表面适配度不高,两表面之间的间隙会由导热系数较低的空气填充,最终导致... 详细信息

随着电子技术的发展,电子器件呈现出高功率密度、微型化的发展趋势,其产热迅速增加,电子器件的热管理显得尤为重要。因为电子器件与散热器件表面存在一定粗糙度,两表面适配度不高,两表面之间的间隙会由导热系数较低的空气填充,最终导致散热效果不理想。目前,工业界主要是通过在电子器件与散热器件之间放置热界面材料来提高散热效率。相比其它热界面材料而言,导热凝胶具有优异的流动性和导热能力,是热界面材料领域的研究热点。虽然导热凝胶已有一定的研究进展,但仍难以满足电子器件的散热需求。本论文以球形铝粉、氧化锌为导热填料,乙烯基硅油、含氢硅油为基体,通过硅氢加成反应,制备了高导热高柔性的导热凝胶。主要研究内容如下:(1)基于导热凝胶的网络结构调控导热凝胶的力学性能和导热性能。增加填料填充量是提高导热凝胶导热性能的有效途径,但是会同时提高导热凝胶的模量,降低柔顺性。为了解决该问题,本节基于硅橡胶的官能团调节导热凝胶的网络结构。一方面,通过调控导热凝胶中乙烯基与硅氢键的比例,调控导热凝胶的交联密度。结果显示,在填料填充量为90 wt%的情况下,随着乙烯基与硅氢键的比例增加,导热凝胶的断裂伸长率增加。另一方面,通过调控双端含氢硅油(扩链剂)与侧链含氢硅油(交联剂)的硅氢键比例,调控导热凝胶的交联密度。随着扩链剂与交联剂的硅氢键比增加,交联密度降低,导热凝胶的断裂伸长率增加。但是乙烯基与硅氢键的比例、扩链剂与交联剂的硅氢键比例不能过高,否则导热凝胶无法固化。因此,在填料填充量为90 wt%的导热凝胶中,当乙烯基与硅氢键的比为2:1,扩链剂与交联剂的硅氢键之比为1.5:1时,导热凝胶具有最佳性能:导热凝胶的黏度为254.0 Pa·s,导热系数为4.3 W·m·K,断裂伸长率可达114%,优于其他已报道的热界面材料。(2)基于硅橡胶的分子结构调控导热凝胶的导热性能和力学性能。热界面材料的接触热阻随着热界面材料模量的下降而减小,减小模量有望提高其散热效率。为了解决这个问题,本文以多乙烯基硅油为主链,以单端含氢硅油作为悬尾链,悬尾链能起到分子链内增塑的作用。本文研究了多乙烯基硅油对悬尾链的接枝率对导热凝胶综合性能的影响。结果表明,随着接枝率的增加,导热凝胶的模量减小,接触热阻下降。当接枝率为98%时,导热凝胶的热阻与未接枝相比下降了47%。此外,考察了填料填充量对导热凝胶综合性能的影响。结果显示:随着填料填充量的增加,导热凝胶的断裂伸长率先增加后降低,但是其导热系数随着填料填充量的增加而增加。当接枝率为98%,填料填充量为90 wt%时,制备出的导热凝胶综合性能最佳,具有低热阻高导热高柔性的特点:黏度为297.0Pa·s,断裂伸长率高达104.1%,接触热阻仅为0.9 K·cm·W,导热系数高达4.7W·m·K。此外,该导热凝胶在点胶测试、拉伸循环测试、芯片散热测试以及功率循环测试中均表现较好。

关键词：导热凝胶硅橡胶高柔性高导热

有机硅-多元粉体杂化导热凝胶制备与性能研究

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有机硅-多元粉体杂化导热凝胶制备与性能研究

作者：陈沛嘉仲恺农业工程学院

学位级别：硕士

为解决电子产品愈加突出的散热问题,须对热界面材料(Thermal Interface Material,TIM)不断升级。导热凝胶(Thermal Conductive Gel,TCG),作为一种大功率元件与散热装置间有效传热的TIM,性能有待改善。针对如何提高TCG的导热性能,本论文... 详细信息

为解决电子产品愈加突出的散热问题,须对热界面材料(Thermal Interface Material,TIM)不断升级。导热凝胶(Thermal Conductive Gel,TCG),作为一种大功率元件与散热装置间有效传热的TIM,性能有待改善。针对如何提高TCG的导热性能,本论文在阐述TIM导热机制和导热增强基础上,主要做了以下三方面工作:(1)利用硅氢加成反应,合成新型含酚硅烷交联剂(Phenol-containing Silane Crosslinking Agent,PSCA),并用于乙烯基聚硅氧烷硫化制备TCG基体。通过改变丁香酚用量,研究交联剂和凝胶的性能影响。(2)腐殖酸(HA)用于六方氮化硼(hexagonal Boron Nitride,h-BN)和氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)表面修饰。利用水热法制备复合导热填料BNG,探究TCG最佳导热性能的固含量;(3)将h-BN和BNG分别与低熔点合金(Low Melting Point Alloy,LMPA)复合,作为复合导热填料制备高导热低热阻TCG,主要研究结果如下:(1)采用丁香酚和1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷(DH)为原料,固体负载铂催化合成含酚交联剂PSCA。研究不同摩尔用量比(n(DH):n(丁香酚)),对PSCA含氢量、抗菌性能和热性能的影响。由于引入丁香酚,PSCA热稳定性显著改善;同时酚羟基的存在为PSCA提供了良好自我调控抗菌性能。(2)交联剂PSCA和双乙烯基封端硅油(VS1000)在液体铂络合物催化下,制备低模量凝胶(Low Modulus Gel,LMG)。研究不同含氢量PSCA对LMG力学强度和热性能的影响。发现n(DH):n(丁香酚)为1:1.5合成的PSCA,用于凝胶交联时,凝胶力学性能最佳,具备良好弹性回复性。此时弹性模量可低至6.041 k Pa,有利于作为TCG基体。(3)通过改良Hummer法制备GO,同时对h-BN进行超声剥离和高温碱处理,获得BNNS-OH。利用HA对导热填料做表面处理,得到BN-HA和GO-HA,用于制备复合导热填料BNG。对比h-BN/TCG,探究HA修饰、填料搭配及用量对BNG/TCG微观形貌和导热性能的影响。研究发现,HA溶液对h-BN和GO最佳处理浓度为3mg/m L。相同填充用量情况下,BNG/TCG比h-BN/TCG的导热贡献更大,前者传热更迅速。GO质量占比为5%时,BNG/TCG的TC可达1.39W/(m·K),界面热阻降至0.18℃/W。(4)分别在BN-HA和BNG中引入LMPA,制备BN-LMPA和BNG-LMPA,并研究在TCG中的导热性能。两者在LMPA熔程内具有良好流动性和界面润湿性,且温度响应快。TCG传热性能随LMPA用量增加而提升,当BNG和LMPA的用量比为1:2时,此时BNGLMPA/TCG的传热效果比BNLMPA/TCG更为优异。填充60 wt%的BNGLMPA,TCG的TC达到2.18W/(m·K),同时热阻低至0.024℃/W。此外,无机绝缘填料复合的BNG,能有效限制LMPA对TCG绝缘性能的损害,保持BNG-LMPA/TCG足够高的击穿电压(12.38/(KV*mm))和体积电阻率(3.72×10/(Ω·cm))。

关键词：导热凝胶含酚交联剂六方氮化硼低熔点合金界面热阻

导热凝胶(HeatPath)──新型高效导热产品

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国外电子元器件 1998年第5期 31-33页

作者：谷荣祥

导热凝胶是一种新型高效导热材料，热阻低、绝缘性能好、所需工作压力小、稳定性好、附着力强、界面几何条件要求低、可重复使用。本文以美国瑞侃公司的产品为例，介绍了导热凝胶的特点，并与其它导热材料进行了对比。

关键词：导热热阻凝胶导热凝胶导热材料

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导热凝胶在测井仪热管理中的应用

测井技术 2021年第5期45卷 488-491页

作者：田志宾蓝威魏赞庆罗小兵中海油田服务股份有限公司北京065201 华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

采用导热凝胶填充测井仪电路与骨架的间隙可以强化井下电子器件散热,但缺乏系统性的研究。应用仿真及实验手段对导热凝胶在测井仪热管理中的应用效果进行研究,并与常规测井仪进行对比。仿真结果表明,导热凝胶具有强化井下电子换热及显... 详细信息

采用导热凝胶填充测井仪电路与骨架的间隙可以强化井下电子器件散热,但缺乏系统性的研究。应用仿真及实验手段对导热凝胶在测井仪热管理中的应用效果进行研究,并与常规测井仪进行对比。仿真结果表明,导热凝胶具有强化井下电子换热及显热蓄热的双重作用。实测结果显示热源最高温度从165.2℃下降至117.8℃,其与吸热体的温差从39.7℃下降至28.0℃,验证了导热凝胶的热管理效果。

关键词：测井仪热管理导热凝胶井下高温电子器件散热仿真

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导热凝胶渗油率和流速的研究

广东化工 2021年第22期48卷 89-89,104页

作者：许丰光深圳市汉华热管理科技有限公司广东深圳518110

导热凝胶的的流速和渗油率成正比,流速越大,渗油率越大。导热凝胶的渗油率和流速受填料的份数、填料种类、生胶硅油比影响,填料份数越多,流速越小,渗油率越小;填料如果是改性后的氧化铝又比未改性的氧化铝所制备的导热凝胶在保持渗油率... 详细信息

导热凝胶的的流速和渗油率成正比,流速越大,渗油率越大。导热凝胶的渗油率和流速受填料的份数、填料种类、生胶硅油比影响,填料份数越多,流速越小,渗油率越小;填料如果是改性后的氧化铝又比未改性的氧化铝所制备的导热凝胶在保持渗油率相同的情况下,流速更大;当生胶的比例逐渐增大时,导热凝胶的流速变小,渗油率变小。

关键词：导热系数流速渗油率生胶导热凝胶

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新型导热凝胶材料在航空电子设备中的应用

航空电子技术 2016年第3期47卷 43-46,55页

作者：王晨张德晓王力中国航空无线电电子研究所上海200241

本文为解决某型航空电子产品交换机低温数据丢包故障,消除由于原设计导热垫片导致的局部应力过大、压坏芯片焊球等问题,对需更换的导热介质材料进行筛选与验证。对比了四种备选介质材料的性能指标与应用范围,并进行多项产品装配性能测... 详细信息

本文为解决某型航空电子产品交换机低温数据丢包故障,消除由于原设计导热垫片导致的局部应力过大、压坏芯片焊球等问题,对需更换的导热介质材料进行筛选与验证。对比了四种备选介质材料的性能指标与应用范围,并进行多项产品装配性能测试。实验结果表明了导热凝胶作为新型介质可以解决原有材料问题并应用于航空电子设备装配。

关键词：导热介质材料导热凝胶航空电子设备

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点胶式导热凝胶的制备与老化性能研究

有机硅材料 2018年第2期32卷 85-89页

作者：王红玉万炜涛陈田安邹海仲深圳德邦界面材料有限公司广东深圳518100

以双组分硅凝胶为基料,氧化铝和氧化锌为导热填料,通过气相法白炭黑调整触变性,制得点胶式导热凝胶,并对其硫化后的老化性能进行了探讨。结果表明,老化后导热凝胶的热导率都有所增加,其中高温老化热导率升高最为显著,表明老化后导热凝... 详细信息

以双组分硅凝胶为基料,氧化铝和氧化锌为导热填料,通过气相法白炭黑调整触变性,制得点胶式导热凝胶,并对其硫化后的老化性能进行了探讨。结果表明,老化后导热凝胶的热导率都有所增加,其中高温老化热导率升高最为显著,表明老化后导热凝胶的导热能力没有损失;老化后导热凝胶的电气强度有所降低,但仍然能够保持60%以上;老化后导热凝胶的硬度显著升高了50%以上;老化后导热凝胶0.34 MPa下的压缩形变降低,压缩形变量可保持原来的40%以上。

关键词：点胶式导热凝胶热导率老化流淌性

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双组分导热凝胶的制备及应用研究

有机硅材料 2019年第S1期33卷 13-16,26页

作者：王红玉万炜涛陈田安邹海仲深圳德邦界面材料有限公司广东深圳518100

以双组分有机硅凝胶为基料,加入氧化铝等导热填料,通过气相法白炭黑调整触变性,制得双组分导热凝胶.考察了贮存时间对导热凝胶主要性能和打点实验的影响.结果表明,随着贮存时间的增加,导热凝胶的析油量、热导率和硬度增加,其保质期定为... 详细信息

以双组分有机硅凝胶为基料,加入氧化铝等导热填料,通过气相法白炭黑调整触变性,制得双组分导热凝胶.考察了贮存时间对导热凝胶主要性能和打点实验的影响.结果表明,随着贮存时间的增加,导热凝胶的析油量、热导率和硬度增加,其保质期定为3~5个月较为合理,而颠倒放置和离心处理会对点胶产生不良影响.

关键词：导热凝胶贮存时间打点实验热导率保质期

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一种低密度导热凝胶的制备及性能研究

广州化工 2023年第14期51卷 67-69,94页

作者：陈永隆刘光华叶路斌陈建军广州白云科技股份有限公司广东广州510540

以乙烯基硅油、含氢硅油、氢氧化铝等原料,制备了一种低密度导热凝胶,探讨了不同粉体用量对导热性能的影响;同时考察了不同硅氢比对凝胶力学性能与导热性能以及渗油率的影响,并且对高温老化下的综合性能进行了考察。结果表明:油粉比达到... 详细信息

以乙烯基硅油、含氢硅油、氢氧化铝等原料,制备了一种低密度导热凝胶,探讨了不同粉体用量对导热性能的影响;同时考察了不同硅氢比对凝胶力学性能与导热性能以及渗油率的影响,并且对高温老化下的综合性能进行了考察。结果表明:油粉比达到5.5时,导热系数能够到达2 W·m^(-1)·K^(-1),硅氢比在0.7时综合性能最佳:黏度180 Pa·s,硬度为60 HOO,拉伸强度为0.22 MPa,伸长率为140%,剪切强度为0.15 MPa,渗油率0.52%。同时在高温老化过程中,导热凝胶的各方面性能依旧保持良好,能够满足实际使用要求。

关键词：乙烯基硅油氢氧化铝导热凝胶高温老化