石墨烯單組份低溫熱固化導熱環氧灌封膠

主題: 石墨烯單組份低溫熱固化導熱環氧灌封膠

作者: 史曜瑋

石墨烯是由單層碳原子所組成的二維平面結構，在室溫下的導熱係數高達3000W/mK，優異的導熱性質是極具潛力的散熱材料，但是平面結構之間具有π–π電子作用力的影響，容易產生聚集（aggregation）現象，因此石墨烯的分散是一大挑戰。然而一般的填料會選擇球型的氧化鋁、氧化鋅等等，其導熱係數為30-40 W/mK，具有粒徑分佈窄，粒徑尺寸穩定性好，可提高堆積密度，因此本產品結合上述優點，藉由塗層(Coating)技術，使得氧化鋁外包覆一層石墨烯，有效改善石墨烯分散性的問題，使得膠水具備流動性(圖一)。同時，石墨烯也是優良的導電材料，其電阻率約10-6 Ω·cm，因此在膠水中添加一定比例的石墨烯可能形成一導電路徑，使其具有導電性，因此需透過體積電阻來判斷添加量的臨界值。

添加3 wt%氧化鋁@石墨烯的導熱灌封膠，經過100℃烘烤50分鐘硬化後，依據ASTM D 5470規範量測，導熱係數可大於5 W/mK，於25℃恆溫測量之黏度約15至20萬cps，易於操作與施工。從圖二的TGA圖譜得知，本產品的粉體填充率高達89%，且熱裂解溫度可達398℃，具備高溫穩定性；依據ASTM D257「絕緣材料直流電阻或電導的標準試驗」量測之體積電阻為2-6 x 1015 Ω·cm，確保本產品具備高導熱絕緣的特性(圖三)，可填充於電子元件中，做為熱傳遞介質，提升環氧樹脂灌封膠的優勢。