[發明專利]一種散熱用石墨烯復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310694252.4
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103663444A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 陳海力;陳西寶
• 申請（專利權）人: 張家港康得新光電材料有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本發明屬于導熱材料技術領域，具體涉及一種散熱用石墨烯復合膜及其制備方法。

背景技術

隨著電子產品日趨智能及復雜化，其產品內部所需的元器件數量增多，集成度變高。而這種情況帶來的直接影響是電子產品在運行過程中產生的熱量越來越大。這些熱量如果不及時排出，很容易迅速積累而形成高溫。高溫的產生將大大降低這些電子產品的性能、可靠性和使用壽命。所以電子產品行業對作為熱控系統核心部件的散熱材料的要求越來越高，不但要求散熱材料具有高效的散熱性能，還必須同時具備質量輕、材料薄、柔韌性好的特點。

在目前電子產品中廣泛使用的散熱膜材料主要有天然石墨膜和人工石墨膜。

天然石墨膜制備工藝復雜，成型困難，制備出的散熱膜柔韌性較差，厚度較厚，不能很好地滿足電子產品的設計要求。對于天然石墨膜，中國專利申請CN102730675A公開了一種高導熱石墨膜及其制備方法，該技術通過將一定比例的天然石墨和復合氧化劑混合，并通過一系列反應，最后將壓延成片的樣品炭化及石墨化制備出天然石墨膜。雖然該產品具有很好的導熱系數，但是制備出的膜較厚（至少達到100μm）且柔韌性較差，較厚的散熱膜材料在電子產品中占據太多空間，直接影響產品的設計結構，在電子產品日益做薄的前提下，天然石墨膜的市場占有率將會越來越低。

人工石墨膜價格過高，主要是由于其制造成本過高。在制備過程中人工石墨膜成型溫度過高及成型時間過長導致的高耗能帶來了制造成本的上升，該種技術工藝不能滿足日益重要的國家節能減排的要求。對于人工石墨膜，中國專利申請CN103080005A公開的石墨膜及其制造方法，該技術通過高溫炭化及高溫石墨化聚酰亞胺薄膜制備得到人工石墨膜，該散熱膜材料膜厚可設計，膜最薄可達到5μm，散熱效果非常好，且密度較小，能很好地滿足電子產品輕薄的要求，但是該種人工石墨膜的制造成本過高，動輒每平米上千元。制造成本高主要是由于炭化及石墨化過程中大量耗能造成的。該制備方法中炭化溫度高達1500℃，石墨化溫度高達3000℃，這勢必帶來高耗能和高成本，導致散熱膜材料的價格居高不下。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種散熱用石墨烯復合膜，以克服目前使用的天然石墨膜厚度較厚導致無法滿足電子產品設計要求以及人工石墨膜制備溫度較高、耗能嚴重導致的價格過高的產品缺點；本發明也提供了一種制備上述散熱用石墨烯復合膜的方法。

為了實現上述的目的，發明人通過對未炭化及石墨化的多層高分子薄膜進行創新式預涂石墨烯涂料，在保證制備出的散熱膜材料輕薄的同時大大降低了材料炭化及石墨化的溫度和時間，降低了制造成本，并且通過該種制備方法使散熱膜材料中添加進了高新納米材料石墨烯。

本發明的基本構思是將高分子薄膜預先涂覆石墨烯，一方面使得最后成型的膜材料中添加進石墨烯形成具有納米結構的石墨烯復合材料；另一方面涂覆在表面的石墨烯能加強高分子薄膜在熱處理過程中炭化和石墨化的能力。基于這兩方面的考慮，一方面降低炭化及石墨化的溫度和時間，另一方面充分利用石墨烯高導熱系數和高柔韌性，使最終散熱膜材料具有較好的市場價值。

具體的，本發明提供的散熱用石墨烯復合膜的制備方法，包括以下步驟：

（1）準備若干固定厚度的高分子薄膜，分別將石墨烯漿料均勻涂覆于各高分子薄膜的表面；

（2）將涂覆完畢的高分子薄膜層疊放置后放入烘箱中，60～80℃下烘烤1h以上，形成層疊體；

（3）將烘烤完的層疊體放入炭化爐中，氬氣或氮氣氣氛中，700～1000℃下炭化1h以上；

（4）將炭化后的層疊體放入石墨化爐中，氬氣或氮氣氣氛中，1800～2500℃下石墨化1h以上，得石墨烯復合膜。

優選的，所述的石墨烯漿料為石墨烯的水性或溶劑型漿料，PH值為6.3～7.8。

進一步的，所述的石墨烯比表面積為150～300m²/g。

進一步的，所述的石墨烯平均厚度為3～5nm。

優選的，在各高分子薄膜上涂覆石墨烯漿料的方法為涂布、刷涂、噴涂或浸漬。

優選的，所述高分子薄膜進行層疊的層數為10～200層。

進一步的，每層高分子薄膜厚度為15～30μm。

進一步的，每層高分子薄膜上涂覆的石墨烯漿料厚度為10～20μm。

優選的，所述的高分子薄膜為聚酰亞胺膜（PI）、聚噁二唑膜（POD）或聚丙烯腈膜（PAN）。

本發明也提供了一種通過上述方法制備得到的散熱用石墨烯復合膜。