本發(fā)明屬于熱界面材料領(lǐng)域，具體涉及一種LED用高填充柔性高導(dǎo)熱硅橡膠熱界面材料以及制備方法。
背景技術(shù)：
隨著LED制造和封裝工藝的不斷進(jìn)步，LED的功率越來(lái)越大。目前，商品化的大功率LED輸入功率一般在1W以上，芯片面積1mm×1mm，熱流密度在100W/cm2以上，散熱要求非常高。熱量從芯片傳到外部環(huán)境，要經(jīng)過(guò)若干界面，界面之間的間隙、基板的翹曲都會(huì)影響鍵合和局部的散熱，形成界面熱阻。隨著LED向大功率、高亮度發(fā)展，界面熱阻已成為L(zhǎng)ED行業(yè)難題之一，必須從熱界面材料（TIM）、散熱結(jié)構(gòu)等多方面加以解決，而熱界面材料是降低大功率LED燈具中界面熱阻的有效手段之一。
導(dǎo)熱硅橡膠具有優(yōu)異的絕緣性能，同時(shí)能夠快速有效地散除電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量，提高電子設(shè)備的使用壽命和工作效率。高導(dǎo)熱率硅橡膠主要是填充型導(dǎo)熱橡膠，由高分子基體和高導(dǎo)熱填料組成，其中導(dǎo)熱填料是主要的導(dǎo)熱載體。常用的導(dǎo)熱填料有金屬類、氧化物類、氮化物類、碳化物類等。其中氮化鋁高純單晶體理論熱導(dǎo)率可達(dá)320W/(m·K)，具有可靠的電絕緣性能、較低的介電損耗和介電常數(shù)，是理想的導(dǎo)熱填料，但由于氮化鋁吸潮后會(huì)與水發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生的Al(OH)3會(huì)使導(dǎo)熱通路產(chǎn)生中斷，進(jìn)而影響聲子的傳遞，因此做成品后熱導(dǎo)率偏低，即使使用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，也不能保證100%填料表面被包覆。
徐又一、蔣金泓等人在發(fā)表的《多巴胺的自聚-附著行為與膜表面功能化》一文中，綜述了多巴胺在表面改性中的研究進(jìn)展，對(duì)多巴胺自聚-復(fù)合改性原理及其在表面功能化方面的應(yīng)用作了詳述。水溶液條件下，多巴胺能在溶解氧的作用下發(fā)生氧化-交聯(lián)反應(yīng)，形成強(qiáng)力附著于聚合物、金屬、陶瓷、玻璃、木材等一系列固體材料表面的聚多巴胺復(fù)合薄層，并以具有反應(yīng)活性的聚多巴胺復(fù)合層為平臺(tái)，對(duì)膜進(jìn)行進(jìn)一步的表面修飾可以實(shí)現(xiàn)膜的功能化。
因此，本發(fā)明利用聚多巴胺包覆氮化鋁，提高其熱導(dǎo)率，制備一種導(dǎo)熱系數(shù)高、絕緣性能好、穩(wěn)定性好的聚多巴胺功能修飾的高導(dǎo)熱硅橡膠熱界面材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供一種LED用高填充柔性高導(dǎo)熱硅橡膠熱界面材料以及制備方法。
一種LED用高填充柔性高導(dǎo)熱硅橡膠熱界面材料，由以下重量份的原料組成：硅橡膠基體45-65份，氮化鋁16-28份，多巴胺16-26份，20mmol/L的硝酸銀溶液23-33份，羥基硅油1-3份，雙-2,5硫化劑2-5份，去離子水適量，Tris-HCl緩沖溶液適量，氧化鋅4-8份，六方氮化硼5-15份，碳黑4-6份，雙吡咯烷酮硅烷3-6份。
具體步驟如下：
（1）聚多巴胺功能修飾氮化鋁的制備：
將氮化鋁加入去離子水中，在超聲容器中超聲分散30-50分鐘，然后加入多巴胺水溶液用磁力攪拌器攪拌均勻，用Tris-HCl緩沖溶液調(diào)節(jié)其pH值為8.5，在室溫條件下攪樣反應(yīng)20-24小時(shí)過(guò)濾，去離子水洗滌至濾液變?yōu)闊o(wú)色，干燥箱中50-70℃干燥20-24小時(shí)，所得產(chǎn)品為表面包覆聚多巴胺層的氮化鋁；
（2）納米銀修飾的氮化鋁的制備：
將步驟（1）得到的聚多巴胺功能修飾氮化鋁浸入到20mmol/L的硝酸銀溶液中，在攪拌狀態(tài)下，反應(yīng)6-10小時(shí)后離心，用去離子水洗滌，氮?dú)獯蹈?，得到納米銀修飾的氮化鋁；
（3）導(dǎo)熱填料的表面處理：
先將步驟（2）所得到的納米銀修飾的氮化鋁與氧化鋅、六方氮化硼、碳黑混合均勻，之后用雙吡咯烷酮硅烷在常溫下浸泡預(yù)處理，過(guò)濾后于110-130℃下干燥恒重，待用；
（4）將步驟（3）經(jīng)表面處理后的導(dǎo)熱填料加入到硅橡膠基體中，并加入羥基硅油，在真空捏合機(jī)中捏合混煉30-40分鐘，取出后常溫放置20-24小時(shí)，得到導(dǎo)熱硅橡膠混煉膠；
（5）將步驟（4）所得到的混煉膠在雙軸混煉機(jī)上薄通4-6次，薄通過(guò)程中加入雙-2,5硫化劑，薄通出片后在160-190℃下高溫模壓硫化10-30分鐘，得到成型好的片狀硅膠材料；
（6）將步驟（5）所得到的成型好的片狀硅膠材料在190-220℃下二次硫化3-5小時(shí)，得到一種LED用高填充柔性高導(dǎo)熱硅橡膠熱界面材料。
其中，所述的步驟（1）中多巴胺水溶液的濃度為1.5-2.5g/L。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）在水溶液中，多巴胺的鄰苯二酚基團(tuán)首先被氧化生成具有鄰苯二醌結(jié)構(gòu)的多巴胺醌化合物，繼而發(fā)生反歧化反應(yīng)產(chǎn)生半醌自由基，然后偶合形成交聯(lián)鍵，同時(shí)在氮化鋁表面形成緊密附著的聚多巴胺層，有效防止氮化鋁發(fā)生水解，保障氮化鋁優(yōu)異的熱導(dǎo)率，提高硅橡膠熱界面材料的高導(dǎo)熱散熱性能。
（2）聚多巴胺表面的鄰苯二酚基團(tuán)和醌式基團(tuán)對(duì)銀離子具有絡(luò)合作用，使銀離子吸附在其表面，同時(shí)聚多巴胺利用表面酚羥基的氧化還原性將吸附的銀離子原位化學(xué)還原成銀納米粒子固定在包覆氮化鋁的聚多巴胺層表面，導(dǎo)熱體系具有較高的致密性，用以填充硅橡膠使產(chǎn)品具有較高熱導(dǎo)率，并同時(shí)具有良好的柔順性、撕裂強(qiáng)度和電絕緣性能。
（3）本發(fā)明利用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)導(dǎo)熱填料進(jìn)行表面處理，增加填料間的相容性，另外不同粒徑的氧化鋅、六方氮化硼、碳黑填料與納米銀修飾的氮化鋁復(fù)配，形成更緊密的堆積，在提高機(jī)械性能的同時(shí)，降低熱阻，提高硅橡膠熱界面材料的導(dǎo)熱率。
具體實(shí)施方式
一種LED用高填充柔性高導(dǎo)熱硅橡膠熱界面材料，由以下重量份（公斤）的原料組成：硅橡膠基體64，氮化鋁26，多巴胺20，20mmol/L的硝酸銀溶液28，羥基硅油2，雙-2,5硫化劑4，去離子水適量，Tris-HCl緩沖溶液適量，氧化鋅6，六方氮化硼12，碳黑5，雙吡咯烷酮硅烷4。
具體步驟如下：
（1）聚多巴胺功能修飾氮化鋁的制備：
將氮化鋁加入去離子水中，在超聲容器中超聲分散40分鐘，然后加入多巴胺水溶液用磁力攪拌器攪拌均勻，用Tris-HCl緩沖溶液調(diào)節(jié)其pH值為8.5，在室溫條件下攪樣反應(yīng)24小時(shí)過(guò)濾，去離子水洗滌至濾液變?yōu)闊o(wú)色，干燥箱中60℃干燥24小時(shí)，得到表面包覆聚多巴胺層的氮化鋁；
（2）納米銀修飾的氮化鋁的制備：
將步驟（1）得到的聚多巴胺功能修飾氮化鋁浸入到20mmol/L的硝酸銀溶液中，在攪拌狀態(tài)下，反應(yīng)9小時(shí)后離心，用去離子水洗滌，氮?dú)獯蹈?，得到納米銀修飾的氮化鋁；
（3）導(dǎo)熱填料的表面處理：
先將步驟（2）所得到的納米銀修飾的氮化鋁與氧化鋅、六方氮化硼、碳黑混合均勻，之后用雙吡咯烷酮硅烷在常溫下浸泡預(yù)處理，過(guò)濾后于120℃下干燥恒重，待用；
（4）將步驟（3）經(jīng)表面處理后的導(dǎo)熱填料加入到硅橡膠基體中，并加入羥基硅油，在真空捏合機(jī)中捏合混煉35分鐘，取出后常溫放置24小時(shí)，得到導(dǎo)熱硅橡膠混煉膠；
（5）將步驟（4）所得到的混煉膠在雙軸混煉機(jī)上薄通5次，薄通過(guò)程中加入雙-2,5硫化劑，薄通出片后在170℃下高溫模壓硫化20分鐘，得到成型好的片狀硅膠材料；
（6）將步驟（5）所得到的成型好的片狀硅膠材料在200℃下二次硫化4小時(shí)，得到一種LED用高填充柔性高導(dǎo)熱硅橡膠熱界面材料。
其中，步驟（1）中多巴胺水溶液的濃度為2g/L。
測(cè)試其性能數(shù)據(jù)如下：硬度49shore A；撕裂強(qiáng)度5.3 kN/m；導(dǎo)熱系數(shù)6.4W/(m·K)；體積電阻率>1013Ω·cm。