[發(fā)明專利]提高石墨烯薄膜導熱率的方法

無效

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• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103864065A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設計）人: 張毅
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州新碳高科有限責任公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標事務有限公司 52002
• 代理人: 楊云

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種提高散熱材料導熱率的方法，尤其涉及一種提高石墨烯薄膜導熱率的方法；屬于材料技術(shù)領域。

背景技術(shù)

眾所周知，熱擴散材料是構(gòu)成散熱體系的重要組成部分；通常為平面薄膜結(jié)構(gòu)，在平面方向具有良好熱導率。它可將熱源產(chǎn)生的熱量從點熱源擴散成為一個大面積的面熱源，從而消除過熱點，防止電子器件的老化。熱擴散材料的傳熱能力是由其原子結(jié)構(gòu)決定的，納米尺度上晶體結(jié)構(gòu)的改變可影響熱擴散材料的熱傳遞能力。

石墨烯是一種完全由碳原子構(gòu)成的具有二維平面結(jié)構(gòu)的新興材料，具有極高的熱導率，有望在高性能納米電子器件、復合材料、場發(fā)射材料、氣體傳感器、能量存儲等領域獲得廣泛應用，被認為是下一代電子設備最有前途的一種熱擴散材料。雖然石墨烯熱導率的理論值可達到5000?W/mk，但只有將其制備成宏觀材料發(fā)揮其在實際當中的應用價值。目前，通常采用化學氣相沉積和氧化還原法來制備石墨烯。化學氣相沉積法制備出的石墨烯近乎完美，但該種石墨烯在垂直方向的宏觀尺寸很有限，不適合應用于散熱領域；而氧化還原法制備出來的石墨烯粉體經(jīng)過某種工藝處理后（例如噴涂，滾涂等等），可以得到宏觀上任意尺寸的石墨烯薄膜材料，因此在散熱領域具有很高的應用前景。然而氧化還原法制備的石墨烯粉體一般屬于微米級別，即使再通過某種制膜工藝將其制備成石墨烯薄膜，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是由石墨烯粉體按物理搭接的形式而形成的非連續(xù)結(jié)構(gòu)，因此其散熱性能在很大程度上大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種提高石墨烯薄膜導熱率的方法，經(jīng)本發(fā)明方法處理的石墨烯薄膜其面內(nèi)橫向?qū)崧士蛇_到500～2000W/mk；縱向?qū)崧蕿?0～20W/mk。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：將厚度為0.1～500μm、密度為0.5～2.5g/cm³的石墨烯基薄膜或氧化石墨烯基薄膜送入真空度為1000～5000Pa、或者送入充有惰性氣體且氣壓為一個大氣壓的加熱爐中，按1～30℃/min的升溫速率將加熱爐從室溫升至1000～3000℃的目標溫度，然后隨爐冷卻。

在上述技術(shù)方案中，加熱爐的升溫速率優(yōu)選為10～20℃/min、加熱爐的目標溫度優(yōu)選為1500～2100℃，所述惰性氣體為氬氣。

在上述技術(shù)方案中，石墨烯基薄膜或氧化石墨烯基薄膜的厚度優(yōu)選為1～300μm；更優(yōu)選為5～200μm；最優(yōu)選為10～100μm。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，利用高溫熱處理的方法修補石墨烯粉體本身的缺陷，因此能夠使氧化還原制備的石墨烯粉體搭接形成石墨烯薄膜材料；可使每片石墨烯粉體通過晶體生長而形成彼此連續(xù)的大片石墨烯，從而在石墨烯薄膜內(nèi)部形成非常規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)，熱導率得到大幅度提高。據(jù)測試，采用本發(fā)明方法處理的石墨烯薄膜的面內(nèi)橫向?qū)崧士蛇_到500～2000W/mk；縱向?qū)崧蕿?0～20W/mk。

附圖說明

圖1是經(jīng)高溫熱處理的石墨烯薄膜的橫截面的電子顯微鏡掃描照片；

圖2是將本發(fā)明方法處理過的厚度為50um的石墨烯薄膜覆蓋于200°C電熱源表面的紅外線熱成像圖片；

圖3是未高溫熱處理的石墨烯薄膜的橫截面的電子顯微鏡掃描照片；

圖4是將未經(jīng)本發(fā)明方法處理的厚度為50um的石墨烯薄膜覆蓋于200°C電熱源表面的紅外線熱成像圖片。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步說明：

實施例1，將厚度為0.1μm、密度為2.5g/cm³的石墨烯基薄膜或氧化石墨烯基薄膜送入真空度為1000Pa的加熱爐中，按30℃/min的升溫速率將加熱爐從室溫升至1000℃的目標溫度，然后隨爐冷卻。

實施例2，各步驟同實施例1；其中，石墨烯基薄膜或氧化石墨烯基薄膜的厚度為500μm、密度為0.5g/cm³、加熱爐真空度為5000Pa、升溫速率為1℃/min、加熱爐的目標溫度為3000℃。

實施例3，各步驟同實施例1；其中，石墨烯基薄膜或氧化石墨烯基薄膜的厚度為250μm、密度為1.5g/cm³、加熱爐的真空度為2500Pa、升溫速率為15℃/min、加熱爐的目標溫度為1500℃。