本发明属于热管理材料领域，具体涉及一种绝缘高导热凝胶及其制备方法。
背景技术：
1、随着电子设备向小型化、高性能化方向的演变，电子元件的热流密度不断增加，这对散热技术提出了前所未有的挑战。传统的散热材料，如导热硅脂和导热垫片，在应对高热流密度和复杂设备结构时，往往显得力不从心。导热凝胶以其独特的物理和化学性质，如高热导率、良好的柔韧性和自适应性，成为解决这一问题的理想材料。它不仅能够填补电子元件与散热器之间的微小间隙，提高热传导效率，还能适应各种复杂形状的电子设备，提供定制化的散热解决方案。此外，导热凝胶的环保特性和可靠性也是其受到重视的重要原因。在环保法规日益严格的当下，导热凝胶采用的无毒、无腐蚀性的硅基材料，易于回收利用，符合现代环保要求，同时其稳定的化学性质和良好的电气绝缘性能，确保了电子设备的长期稳定运行。虽然导热凝胶已有一定的研究进展，但其导热系数仍不够高，大部分导热凝胶的导热系数小于5w/(m·k)，而且主要是通过添加导电填料来实现高导热，其本身导电，因此难以满足日益精密的电子器件的散热需求。
2、当前，热管理材料的研究和应用中存在两个主要的性能矛盾问题。首先，一些材料虽然具备高导热性能，能够快速有效地传递热量，但其电绝缘性能不足，这在高功率密度和高频电子设备中存在安全隐患。例如，某些金属基复合材料和某些高导热的聚合物基复合材料，尽管热导率较高，但由于金属填料的导电特性或填料与基体界面处的电荷传输，限制了它们在严格绝缘要求的应用场景中的使用。其次，另一些材料虽然具有优异的电绝缘性能，但它们的热导率较低，无法满足现代电子设备日益增长的散热需求。这类材料包括一些传统的聚合物绝缘体和某些类型的陶瓷材料，它们虽在保证电气安全方面表现良好，但在高热负荷下可能导致设备过热，影响性能和可靠性。
3、因此，如何解决现有材料在热管理和电气安全之间的矛盾是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的是针对现有大部分导热凝胶的导热系数小于5w/(m·k)，而且主要是通过添加导电填料来实现高导热，其本身导电，因此难以满足日益精密的电子器件的散热需求等缺陷，提供一种绝缘高导热凝胶及其制备方法。
2、具体地，先分别制备了改性铜粉、改性氮化硼和纳米金属液滴，利用高导热系数的固体改性填料和液态金属形成固液混合填料，然后将其添加到有机硅凝胶中而制备得到。本发明利用三种填料的协同作用，实现导热凝胶的高导热和绝缘性，所制备凝胶材料的导热系数大于6.5w/(m·k)，体积电阻率大于109ω·cm。
3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
4、本发明的第一个技术目的是提供一种绝缘高导热凝胶，包括以下重量份的原料：
5、
6、可选地，所述改性铜粉为铜粉经硅烷偶联剂改性而得，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧硅氧烷、γ-氨丙基氨乙基三甲基硅氧烷、氨丙基三甲氧基硅氧烷或缩水甘油醚氧丙基三甲基硅氧烷中的一种或多种组合；
7、所述改性氮化硼为六方氮化硼经分散、剥离得氮化硼纳米片，随后所述氮化硼纳米片经硅烷偶联剂改性而得，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧硅氧烷、γ-氨丙基氨乙基三甲基硅氧烷、氨丙基三甲氧基硅氧烷或缩水甘油醚氧丙基三甲基硅氧烷中的一种或多种组合；
8、所述纳米金属液滴为液态金属经超声而得，所述液态金属为镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金中的一种。
9、可选地，所述抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇、2-甲基-3-丁炔基-2-醇、3，5-二甲基-1-己炔基-3-醇、3-甲基-1-十二炔-3-醇中的一种或多种组合。
10、可选地，所述催化剂为氯铂酸、karstedt催化剂、ashby催化剂、speier催化剂、lamoreaux催化剂、卡斯特催化剂中的一种或多种组合。
11、本发明的第二个技术目的是提供一种如上所述的绝缘高导热凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
12、s1、将双端乙烯基硅油、侧链含氢硅油、端含氢硅油和抑制剂在20～300w超声下混合5～120min，随后真空脱泡，形成硅橡胶基体；
13、s2、将改性铜粉、改性氮化硼和纳米金属液滴混合，之后再与硅橡胶基体进行混合，加入催化剂，在行星式混合机中混合5～60min，进行真空脱泡；
14、s3、将上述脱泡后的混合物经三辊机压延成厚度为0.5～50mm的片状样品，放入干燥箱，在80～120℃固化1～4h得到所述的绝缘高导热凝胶。
15、需要说明的是，铜粉为微米级，尺寸较大，通过硅烷化改性可以使之在有机硅树脂中分散更好。微米级铜粉与纳米级液态金属组合有助于形成三维导热网络，提升导热系数。氮化硼为二维材料，具有高导热不导电的特性，且其二维结构易聚集，通过硅烷化改性可以阻止其聚集且使之在有机硅树脂中分散更好，此外改性后可以分散到铜粉与液态金属之间，起到阻隔铜粉与液态金属之电子形成长程导电网络，进而使体系保持绝缘。
16、进一步地，上述改性铜粉的制备方法，具体包括以下步骤：
17、cu1、将0.6～4μm的铜粉分散在乙醇中，然后在10～100w超声下超声清洗10～60min，其中乙醇用量为铜粉质量的3～10倍；
18、cu2、离心将上述铜粉和乙醇分离，将上述清洗过的铜粉加入含有硅烷偶联剂的甲苯溶液中，在40～80℃下于300～1000rpm的速度搅拌12～24h，其中硅烷偶联剂的质量为铜粉的2％～8％，甲苯的质量为硅烷偶联剂的50～200倍，硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧硅氧烷、γ-氨丙基氨乙基三甲基硅氧烷、氨丙基三甲氧基硅氧烷或缩水甘油醚氧丙基三甲基硅氧烷中的一种或多种组合；
19、cu3、离心除去溶剂和未反应的硅烷偶联剂，并用乙醇清洗3～5次，然后在60～80℃烘箱中干燥12～24h，得到所述的改性铜粉。
20、进一步，上述改性氮化硼的制备方法，具体包括以下步骤：
21、bn1、将六方氮化硼粉末分散到异丙醇和去离子水的混合溶液中，在100～500w超声下超声剥离12～24h，其中异丙醇和去离子水的体积比为1:1，六方氮化硼粉与去离子水的质量比为0.05～0.2；
22、bn2、将上述得到的分散液在1000～3000rpm下离心5～30min除去未剥离的六方氮化硼，上清液进一步在10000～20000rpm下离心30～60min，得到的固体在80～100℃下干燥8～12h得到氮化硼纳米片；
23、bn3、将上述氮化硼纳米片加入到含有硅烷偶联剂的甲苯溶液中，在40～80℃下于300～1000rpm的速度搅拌反应12～24h，其中硅烷偶联剂的质量为氮化硼纳米片的1％～3％，甲苯的质量为氮化硼纳米的50～200倍，硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧硅氧烷、γ-氨丙基氨乙基三甲基硅氧烷、氨丙基三甲氧基硅氧烷或缩水甘油醚氧丙基三甲基硅氧烷中的一种或多种组合；
24、bn4、离心除去溶剂和未反应的硅烷偶联剂，并用乙醇清洗3～5次，然后在60～100℃烘箱中干燥8～24h，得到所述的改性氮化硼。
25、进一步，上述纳米金属液滴的制备方法，具体包括以下步骤：
26、在200～500w超声下超声0.2～2h，使液态金属形成纳米金属液滴，其中液态金属为镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金中的一种。
27、需要说明的是，本发明，一方面采用改性铜粉、改性氮化硼和纳米金属液滴能够提升填料与聚合物基质之间的界面相容性，降低界面热阻，从而增强复合材料的导热性能；另一方面，改性铜粉和纳米金属液滴构建了高效的热传导网络，而氮化硼不仅提供了均匀的导热路径，同时层状的氮化硼还可以有效阻断了电子迁移，使凝胶材料的电绝缘性得以保持。
28、且，利用本发明制备的绝缘高导热凝胶的导热系数大于6.5w/(m·k)，电阻率大于109ω·cm。
29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30、(1)本发明针对现有导热凝胶的导热系数不够高，主要是通过添加导电填料来实现高导热，其本身导电的现状，提出利用改性铜粉和纳米金属液滴构建了高效的热传导网络，氮化硼进一步提供导热路径，同时阻断电子迁移，制备绝缘高导热凝胶。同时提出改性铜粉、改性氮化硼和纳米金属液滴的制备方法，提升填料与凝胶基体之间的界面相容性，降低界面热阻，从而增强复合材料的导热性能。
31、(2)本发明方法制备的绝缘高导热凝胶导热系数大于6.5w/(m·k)，电阻率大于109ω·cm。
32、(3)本发明的绝缘高导热凝胶的制备方法简单、设备要求低、制备的凝胶材料性能优异，适合工业化连续和大量生产。
1.一种绝缘高导热凝胶，其特征在于，所述绝缘高导热凝胶包括以下重量份的原料：
2.根据权利要求1所述的绝缘高导热凝胶，其特征在于，所述改性铜粉为铜粉经硅烷偶联剂改性而得，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧硅氧烷、γ-氨丙基氨乙基三甲基硅氧烷、氨丙基三甲氧基硅氧烷或缩水甘油醚氧丙基三甲基硅氧烷中的一种或多种组合；
3.根据权利要求1所述的绝缘高导热凝胶，其特征在于，所述抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇、2-甲基-3-丁炔基-2-醇、3，5-二甲基-1-己炔基-3-醇、3-甲基-1-十二炔-3-醇中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的绝缘高导热凝胶，其特征在于，所述催化剂为氯铂酸、karstedt催化剂、ashby催化剂、speier催化剂、lamoreaux催化剂、卡斯特催化剂中的一种或多种组合。
5.一种如权利要求1所述的绝缘高导热凝胶的制备方法，其特征在于，所述绝缘高导热凝胶的制备方法包括如下步骤：
6.根据权利要求4所述的绝缘高导热凝胶的制备方法，其特征在于，所述改性铜粉的制备步骤如下：
7.根据权利要求4所述的绝缘高导热凝胶的制备方法，其特征在于，所述改性氮化硼的制备步骤如下：
8.根据权利要求4所述的绝缘高导热凝胶的制备方法，其特征在于，所述纳米金属液滴的制备步骤如下：
