吸波散热件及其在电子设备中的应用的制作方法

1.本发明涉及电磁吸波材料技术领域，特别是涉及吸波散热件及其在电子设备中的应用。


背景技术：

2.5g时代巨大数据流量对于通讯终端的芯片、天线等电子设备提出了更高的要求，一方面，器件功耗大幅提升引起了电子设备发热量的急剧增加，另一方面，随着集成化程度提高，体积减小，不可避免的会导致电磁辐射干扰。
3.然而在实际应用过程中，吸波与散热的功能往往是分开的，在既需要吸波，又需要散热的电子设备中，需要同时配置吸波部件和散热部件，其中，吸波部件一般使用屏蔽材料为主，如屏蔽罩等，散热部件一般使用散热钣金件、散热垫等，吸波部件和散热部件本身占用的空间大，不利于电子设备的集成化和小型化进展。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种吸波散热件及其在电子设备中的应用，所述吸波散热件兼具优异的吸波性能以及散热性能，应用于电子设备时，在兼顾散热和吸波的同时极大缩小了占用的空间，有利于电子设备的集成化和小型化进展。
5.本发明提供了一种吸波散热件，包括散热件和叠合于所述散热件的吸波件，所述散热件的表面具有间隔分布的第一锯齿状凸起结构，所述吸波件具有与所述第一锯齿状凸起结构互补填充的第二锯齿状凸起结构；
6.其中，所述吸波件的材料为复合磁性材料和凝固剂，所述复合磁性材料包括由多孔石墨烯椭球体和硫化锌纳米材料复合构成的复合材料以及包覆于所述复合材料表面的有机绝缘材料，其中，所述复合材料中，多个所述多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群中。
7.在其中一个实施例中，所述第二锯齿状凸起结构的垂直高度h为1.4mm-2.1mm，齿尖间距d为1.4mm-2.1mm。
8.在其中一个实施例中，所述第二锯齿状凸起结构的截面为等腰三角形。
9.在其中一个实施例中，所述复合磁性材料在所述吸波件中的质量分数为40％-50％。
10.在其中一个实施例中，所述石墨烯群中，所述多孔石墨烯椭球体呈三维阵列排布。
11.在其中一个实施例中，所述多孔石墨烯椭球体的赤道半径为100nm-120nm，极半径为200nm-250nm。
12.在其中一个实施例中，所述多孔石墨烯椭球体的孔径为14nm-25nm。
13.在其中一个实施例中，所述硫化锌纳米材料的粒径与所述多孔石墨烯椭球体的孔径的比值为1:8-1:12。
14.在其中一个实施例中，所述复合磁性材料中，所述硫化锌纳米材料与所述石墨烯
群的质量比为1:3-1:5。
15.本发明还提供一种所述的吸波散热件在电子设备中的应用。
16.本发明通过对复合磁性材料中材料的选择以及结构的调控，使得复合磁性材料的吸波带宽覆盖20mhz-1.2ghz，插入损耗达到25db左右，具有吸收带宽可调和吸波性能强的优势。从而，再通过对用其制成的吸波件的结构进行设计，使得吸波件在30mhz-6.6ghz频段内具有良好的屏蔽性能，插入损耗达到20db-30db。
17.进而，通过将吸波件与散热件进行叠合，使得吸波散热件兼具优异的吸波性能以及散热性能，可以应用于高散热要求的电子设备上，提升电子设备的散热性能并抑制电磁波干扰，也可以用作隔离信号间的串扰和规避感性器件的空间耦合，进而解决了吸波部件与散热部件不能兼容的问题，极大缩小了空间，有利于电子设备的集成化和小型化进展。
附图说明
18.图1为本发明吸波散热件的结构示意图；
19.图2为实施例1制得的石墨烯群的高倍扫描电镜图；
20.图3为实施例1制得的复合磁性材料的高倍扫描电镜图。
21.图中，10、散热件；20、吸波件；101、第一锯齿状凸起结构；201、第二锯齿状凸起结构。
具体实施方式
22.为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更详细的描述。但是，应当理解，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式或实施例。相反地，提供这些实施方式或实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式或实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”的可选范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。
24.如图1所示，为本发明提供的一实施方式的吸波散热件，包括散热件10和叠合于所述散热件10的吸波件20，所述散热件10的表面具有间隔分布的第一锯齿状凸起结构101，所述吸波件20具有与所述第一锯齿状凸起结构101互补填充的第二锯齿状凸起结构201。
25.其中，所述吸波件20的材料为复合磁性材料和凝固剂，所述复合磁性材料包括由多孔石墨烯椭球体和硫化锌纳米材料复合构成的复合材料以及包覆于所述复合材料表面的有机绝缘材料，其中，所述复合材料中，多个所述多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群中。
26.具体的，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群的方式包括：至少部分多孔石墨烯椭球体的表面附着有硫化锌纳米材料，且石墨烯群的至少部分间隙填充有硫化锌纳米材料；进一步的，当硫化锌纳米材料的粒径小于多孔石墨烯椭球体的孔径时，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群的方式还包括至少部分多孔石墨烯椭球体的孔道内包含有硫
化锌纳米材料，当然，具体的融合方式并不会对吸波性能产生实质性影响。
27.不同的结构类型和不同的材料具有不同的电磁波转化能力不同。本发明中，在材料方面，采用石墨烯和硫化锌进行配合，在结构方面，石墨烯粒子通过酚醛树脂等粘结剂粘结构成多孔石墨烯椭球体，且多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群，而硫化锌纳米材料以多种方式融合于石墨烯群中，从而，能够使电磁波更快、更高效的转化为热能，且石墨烯具有优异的导热性能，能实现热能的快速传递，进而，使得复合磁性材料在较宽频段均具有优异的吸波性能。具体的，复合磁性材料的吸波带宽覆盖20mhz-1.2ghz，插入损耗达到25db左右。
28.从而，再通过对用其制成的吸波件的结构的设计，使得吸波件在30mhz-6.6ghz频段内具有良好的屏蔽性能，插入损耗达到20db-30db。
29.另外，石墨烯具有优异的导热性能，使得采用复合磁性材料制成的吸波件20具有优异的导热性能，进而，再以锯齿状凸起结构填充互补的方式与散热件10配合，使得吸波散热件兼具优异的吸波性能以及散热性能，可以应用于高散热要求的电子设备上，提升电子设备的散热性能并抑制电磁波干扰，也可以用作隔离信号间的串扰和规避感性器件的空间耦合，进而解决了吸波部件与散热部件不能兼容的问题，极大缩小了空间，有利于电子设备的集成化和小型化进展。
30.为了进一步优化吸波散热件的吸波性能，可以进一步优化复合磁性材料的结构以及吸波件20的结构。
31.例如，复合磁性材料中，多个所述多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群时，所述多孔石墨烯椭球体呈三维阵列排布；和/或，所述多孔石墨烯椭球体的赤道半径为100nm-120nm，极半径为200nm-250nm；和/或，多孔石墨烯椭球体的孔径为14nm-25nm，所述硫化锌纳米材料的粒径与所述多孔石墨烯椭球体的孔径的比值为1:8-1:12。
32.例如，吸波件20中，所述第二锯齿状凸起结构201的垂直高度h为1.4mm-2.1mm，齿尖间距d为1.4mm-2.1mm；和/或，所述第二锯齿状凸起结构201的截面为等腰三角形。
33.为了进一步优化吸波散热件的吸波性能，还可以进一步优化复合磁性材料中多孔石墨烯椭球体和硫化锌纳米材料的质量比，在一实施例中，复合磁性材料中所述硫化锌纳米材料与所述石墨烯群的质量比为1:3-1:5；和/或，可以优化吸波件20中复合磁性材料的质量分数，在一实施例中，所述复合磁性材料在所述吸波件20中的质量分数为40％-50％。
34.吸波件20中，凝固剂的材料选择不会影响其吸波效果，本发明对凝固剂的选择不作限制，优选的，凝固剂选自丙二醇、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸亚锡二钠、葡萄糖酸-δ-内酯及不溶性聚乙烯吡咯烷酮等。
35.本发明对散热件10的选择不作限制，可以是散热垫、金属钣金件、导热硅胶、导热硅酯等。其中，当散热件10优选为散热垫、导热硅胶、导热硅脂等时，配合吸波件20得到的吸波散热件具有优异的柔韧性以及延展性等，同时，由于石墨烯和硫化锌的密度小，并将复合材料采用有机绝缘材料进行绝缘处理，使得吸波散热件还具有质轻以及电绝缘性的优势。
36.复合材料采用有机绝缘材料进行绝缘处理时，有机绝缘材料可以部分包覆于复合材料表面，也可以完成包覆复合材料，优选有机绝缘材料完全包覆复合材料，其中，有机绝缘材料优选为嵌段聚合物，如环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚醚，采用有机绝缘材料进行包覆，还能够使复合材料的结合更加稳定。
37.在一实施例中，以质量分数计，所述散热件10的制备原料包括：15％-20％的乙烯基硅油、0.5％-1.9％的含氢硅油、0.01％-0.55％的催化剂、0.2％-0.51％的抑制剂、余量为导热粉。其中，催化剂选自氯铂酸、氯铂酸-异丙醇络合物、氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物中的至少一种；抑制剂选自乙炔基环己醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、2-甲基-3-丁炔基-2-醇、3-甲基-1-乙炔基-3-醇、3，5-二甲基-1-乙炔基-3-醇、3-甲基-1-十二炔-3-醇中的至少一种；含氢硅油的粘度为5mm2/s-500mm2/s，含氢量为0.01％-1.2％；乙烯基硅油的粘度为60mm2/s-160mm2/s，乙烯基含量为0.2％-3.5％；导热粉选自氧化铝、铝、氧化锌、氢氧化铝、氢氧化镁、氮化硼、陶瓷等中的至少一种，粒径为0.1μm-100μm。
38.因此，本发明提供的吸波散热件兼具优异的吸波性能以及散热性能，能够解决传统吸波与散热不能兼容的问题。
39.本发明的吸波散热件的制备方法不限，可以采用任意方法进行制备，只要结构和材料等方面满足本发明上述条件即可达到所需要的效果。如：可以先制备具有第一锯齿状凸起结构101的散热件10，然后利用散热件10为模具，制备吸波件20，得到吸波散热件；也可以先制备具有第二锯齿状凸起结构201的吸波件20，然后利用吸波件20为模具，制备散热件10，得到吸波散热件；也可以分别制备具有第一锯齿状凸起结构101的散热件10以及具有第二锯齿状凸起结构201的吸波件20，然后叠合后得到吸波散热件。
40.在一实施例中，吸波散热件的制备方法包括以下步骤：
41.按照配比将乙烯基硅油、含氢硅油、催化剂、抑制剂以及导热粉进行混合，得到散热浆料，按照配比将复合磁性材料混合于凝固剂中，得到吸波浆料；
42.然后，选用锯齿形模板，将所述散热浆料填充于所述模板中，固化后得到具有第一锯齿状凸起结构101的散热件10，然后封闭所述散热件10的四周，向其中加入吸波浆料，固化后得到吸波散热件。
43.或者，选用锯齿形模板，将所述吸波浆料填充于所述模板中，固化后得到具有第二锯齿状凸起结构201的吸波件20，然后封闭所述吸波件20的四周，向其中加入散热浆料，固化后得到吸波散热件。
44.需要说明的是，在配制吸波浆料时，也可以先将复合磁性材料分散于水中，然后再加入凝固剂。
45.进一步的，本发明对复合磁性材料的制备方法也不作限制，可以采用任意制备方法获得，只要结构和材料等方面满足本发明上述条件即可达到所需要的效果。
46.在一实施例中，所述复合磁性材料的制备方法包括以下步骤：采用胶体晶体模板法制备得到石墨烯群，然后将所述石墨烯群与硫化锌纳米材料混合，再加入有机绝缘材料，加热至粘稠状后冷却得到复合磁性材料。
47.其中，采用胶体晶体模板法制备得到石墨烯群的具体步骤包括：将石墨烯与水配制成第一配制物，然后将第一配制物与粘结剂混合成第二配制物，再将第二配制物加入胶体晶体模板中并在惰性气氛下进行加热，然后在还原性气氛下进行冷却，得到石墨烯群。
48.其中，石墨烯与水的质量比为1:2-1:4，石墨烯与粘结剂的质量比为10:1-10:3，粘结剂优选自树脂类粘结剂，如酚醛树脂等，石墨烯与胶体晶体的质量比6:1-12:1，胶体晶体模板选自聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体模板，加热温度优选为180℃-220℃，时间优选为20h-28h，惰性气氛选自氮气、氩气等，还原性气氛选自一氧化碳、氢气等。
49.为了进一步提高石墨烯的稳定性，还可以在第一配制物中加入带有还原性质的催化剂，如sncl2、fecl2等，石墨烯与还原性催化剂的质量比为1:1-2:1，然后在惰性气体中进行加热和在还原性气氛下冷却后得到更加稳定的第一配制物，其中加热温度优选为220℃-280℃，时间优选为4h-8h。
50.本发明还提供所述的吸波散热件在电子设备中的应用，所述吸波散热件兼具优异的吸波性能以及散热性能，能够有效提升电子设备的散热性能并抑制电磁波干扰，也可以用作隔离信号间的串扰和规避感性器件的空间耦合，进而解决了吸波部件与散热部件不能兼容的问题，极大缩小了空间，有利于电子设备的集成化和小型化进展。
51.以下，将通过以下具体实施例对吸波散热件及其在电子设备中的应用做进一步的说明。
52.实施例1
53.将石墨烯粉末以1:3的质量比加入到水中进行混合，然后加入sncl2，sncl2与石墨烯粉末的质量比为1:1，并将混合物置于氩气的氛围中，在250℃条件下进行加热6h，然后在co的环境中进行冷却，得到第一配制物。
54.将第一配制物以及酚醛树脂混合，得到第二配制物，其中，石墨烯粉末与酚醛树脂的质量比为10:2。
55.将第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体中，石墨烯与聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体的质量比为8:1，然后置于氩气的氛围中，在200℃的温度下加热24h，然后在一氧化碳的环境下进行冷却，得到如图2所示的石墨烯群，该石墨烯群由多孔石墨烯椭球体呈三维阵列排布而成，其中，多孔石墨烯椭球体的赤道半径为100nmnm，极半径为210nm，孔径为18nm。
56.将石墨烯群与粒径为1.8nm硫化锌纳米材料按照4:1的质量比加入到水中，搅拌混合，然后加入环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚醚，并置于氩气的氛围中，在150℃加热至粘稠状，然后冷却，得到如图3所示的复合磁性材料。
57.将复合磁性材料分散于水中，然后再加入丙二醇，得到吸波浆料，其中，复合磁性材料与丙二醇的质量比为3:4。
58.以质量分数计，将18％的乙烯基硅油(粘度为100mm2/s、乙烯基含量为0.3％)、1％的含氢硅油(粘度为100mm2/s、含氢量为0.5％)、0.3％的氯铂酸、0.3％的乙炔基环己醇以及余量的氮化硼(粒径为15μm)在双行星搅拌机中共混均匀，得到散热浆料。
59.选用锯齿形模板(锯齿的垂直高度h和齿尖距d均为1.5mm)，将上述得到的散热浆料填充至锯齿形模板中，之后用刷子平整表面，冷却后得到具有第一锯齿形凸起结构的散热件，然后将散热件的四周封闭，加入上述得到的吸波浆料，之后用刷子平整表面，冷却后得到吸波散热件。
60.实施例2
61.实施例2参照实施例1进行，不同之处在于，石墨烯群和硫化锌纳米材料的质量比为5:1。
62.实施例3
63.实施例3参照实施例1进行，不同之处在于，石墨烯群和硫化锌纳米材料的质量比为3:1。
64.实施例4
65.实施例4参照实施例1进行，不同之处在于，第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体后在180℃的温度下加热24h，孔碳棒的赤道半径为100nm，极半径为200nm，孔道的孔径为14nm；另外，硫化锌纳米材料的粒径为1.7nm。
66.实施例5
67.实施例5参照实施例1进行，不同之处在于，第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体后在220℃的温度下加热22h，孔碳棒的赤道半径为110nm，极半径为210nm，孔道的孔径为17nm；另外，硫化锌纳米材料的粒径为1.7nm。
68.实施例6
69.实施例6参照实施例1进行，不同之处在于，第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体后在220℃的温度下加热24h，孔碳棒的赤道半径为120nm，极半径为220nm，孔道的孔径为22nm；另外，硫化锌纳米材料的粒径为2nm。
70.实施例7
71.实施例7参照实施例1进行，不同之处在于，锯齿的垂直高度h为1.4mm，齿尖距d均为1.4mm。
72.实施例8
73.实施例8参照实施例1进行，不同之处在于，锯齿的垂直高度h为1.6mm，齿尖距d均为1.6mm。
74.实施例9
75.实施例9参照实施例1进行，不同之处在于，锯齿的垂直高度h为2.1mm，齿尖距d均为2.1mm。
76.实施例10
77.实施例10参照实施例1进行，不同之处在于，复合磁性材料与丙二醇的质量比为1:1。
78.对比例1
79.对比例1参照实施例1进行，不同之处在于，吸波件具有间隔分布的半球状凸起结构，半球的直径为1.5mm，散热件具有与吸波件互补的凸起结构。
80.对比例2
81.对比例2参照实施例1进行，不同之处在于，吸波件具有间隔分布的方形凸起结构，垂直高度和间距均为1.5mm，散热件具有与吸波件互补的凸起结构。
82.对比例3
83.对比例3参照实施例1进行，不同之处在于，第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体后在150℃的温度下加热24h，得到球状石墨烯三维排列的石墨烯群。
84.对比例4
85.对比例4参照实施例1进行，不同之处在于，第二配制物加入到聚甲基乙烯酸乙酯胶体晶体后在190℃的温度下加热18h，得到棒状石墨烯三维排列的石墨烯群。
86.对比例5
87.对比例5参照实施例1进行，不同之处在于，采用碳纳米管代替石墨烯，得到多孔碳纳米管椭球体三维排列成的碳纳米管群。
88.测试实施例1-11和对比例1-5获得的吸波散热件的导热系数和吸波性能，测试方法如下所示，测试结果如表1所示。
89.导热系数：参考《gb/t8722》，采用稳态热流法进行测量；
90.吸波性能：参考《gb/t32596》，测试吸收带宽以及插入损耗。
91.表1
[0092][0093]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0094]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种吸波散热件，其特征在于，包括散热件和叠合于所述散热件的吸波件，所述散热件的表面具有间隔分布的第一锯齿状凸起结构，所述吸波件具有与所述第一锯齿状凸起结构互补填充的第二锯齿状凸起结构；其中，所述吸波件的材料为复合磁性材料和凝固剂，所述复合磁性材料包括由多孔石墨烯椭球体和硫化锌纳米材料复合构成的复合材料以及包覆于所述复合材料表面的有机绝缘材料，其中，所述复合材料中，多个所述多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群，所述硫化锌纳米材料融合于所述石墨烯群中。2.根据权利要求1所述的吸波散热件，其特征在于，所述第二锯齿状凸起结构的垂直高度h为1.4mm-2.1mm，齿尖间距d为1.4mm-2.1mm。3.根据权利要求1所述的吸波散热件，其特征在于，所述第二锯齿状凸起结构的截面为等腰三角形。4.根据权利要求1-3任一项所述的吸波散热件，其特征在于，所述复合磁性材料在所述吸波件中的质量分数为40％-50％。5.根据权利要求1-3任一项所述的吸波散热件，其特征在于，所述石墨烯群中，所述多孔石墨烯椭球体呈三维阵列排布。6.根据权利要求1-3任一项所述的吸波散热件，其特征在于，所述多孔石墨烯椭球体的赤道半径为100nm-120nm，极半径为200nm-250nm。7.根据权利要求1-3任一项所述的吸波散热件，其特征在于，所述多孔石墨烯椭球体的孔径为14nm-25nm。8.根据权利要求1-3任一项所述的吸波散热件，其特征在于，所述硫化锌纳米材料的粒径与所述多孔石墨烯椭球体的孔径的比值为1:8-1:12。9.根据权利要求1-3任一项所述的吸波散热件，其特征在于，所述复合磁性材料中，所述硫化锌纳米材料与所述石墨烯群的质量比为1:3-1:5。10.一种如权利要求1-9任一项所述的吸波散热件在电子设备中的应用。

技术总结
本发明涉及一种吸波散热件及其在电子设备中的应用，所述吸波散热件包括散热件和叠合于散热件的吸波件，散热件的表面具有间隔分布的第一锯齿状凸起结构，吸波件具有与第一锯齿状凸起结构互补填充的第二锯齿状凸起结构；其中，吸波件的材料为复合磁性材料和粘结剂，复合磁性材料包括由多孔石墨烯椭球体和硫化锌纳米材料复合构成的复合材料以及包覆于复合材料表面的有机绝缘材料，其中，复合材料中，多个所述多孔石墨烯椭球体有序排列构成石墨烯群，硫化锌纳米材料融合于石墨烯群中。本发明的吸波散热件兼具优异的吸波性能和散热性能，应用于制备电子设备时，能极大缩小占用空间，有利于电子设备的集成化和小型化进展。有利于电子设备的集成化和小型化进展。有利于电子设备的集成化和小型化进展。


技术研发人员：王雷 舒金表 邓志吉 陈阿龙 孔阳 张铁军
受保护的技术使用者：浙江大华技术股份有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/21