[發明專利]透明絕緣的石墨烯復合導熱薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201710111293.4
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106893128A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 宋娜;潘海東;丁鵬;施利毅;焦德金;崔思奇
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C08L1/02;C09K5/14
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種導熱薄膜及其制備方法，特別是一種透明絕緣的石墨烯復合導熱薄膜及其制備方法。

背景技術

近年來隨著科技的發展，電子設備越來越高密度的封裝，使得高效散熱成為電子器件發展過程中至關重要的問題。與傳統的導熱薄膜材料相比，現代電子設備的熱管理中越來越需要具有各向異性導熱能力的柔性薄膜材料。由于石墨烯具有極高的導熱能力，目前人們主要是將石墨烯與聚合物復合來制取導熱薄膜。如中國專利（201310558179.8）一種石墨烯改性的導熱薄膜，采用石墨烯與聚酰亞胺復合制備了導熱薄膜的這種方法，在制備過程中需使用有機試劑，容易對環境造成污染。中國專利（201410828852.X）高導熱石墨烯基聚合物導熱膜及其制備方法，采用石墨烯與各類高分子聚合物復合制備導熱薄膜的這種方法需要高溫碳化和石墨化，耗能高，而且兩種方法中聚合物基體的熱膨脹系數較納米纖維素高許多，不容易與石墨烯形成良好匹配，同時由于石墨烯填料具有較高的電導率，不容易實現薄膜的電絕緣，難以滿足部分電子產品的要求。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的之一在于提供一種透明絕緣的石墨烯復合導熱薄膜。

本發明的目的之二在于提供該導熱薄膜的制備方法。

本發明采用納米纖維素作為高分子基體材料，其具有熱膨脹系數極小、質輕、柔韌、高強、可以大量生產（從植物中提取）、可環保降解的優勢。納米纖維素和氧化石墨烯均在水中有較好的分散效果，避免了有機溶劑的使用。采用層層自主裝并還原的方法制備層狀結構的石墨烯導熱薄膜，其中的多層石墨烯結構可重復性構筑，復合薄膜的厚度和組成能夠實現納米尺度的精確控制，同時外層的氮化硼和纖維素混合層可以實現薄膜的電絕緣。

納米纖維素薄膜中的羥基可以與氧化石墨烯中的氧原子形成氫鍵，納米纖維素與最外層的納米纖維素-氮化硼混合溶液中的纖維素也可以通過氫鍵連接，促使整體緊密的復合成膜，進而形成具有各向異性導熱能力的復合薄膜。

根據上述機理，本發采用如下技術方案：

一種透明絕緣的石墨烯復合導熱薄膜，其特征在于該導熱薄膜內部為纖維素薄膜與石墨烯薄膜通過氫鍵作用形成的層層交替結構，上下面均覆蓋有由纖維素與氮化硼混合后形成的復合薄膜。

上述的導熱薄膜厚度為30 μm～80 μm。

一種制備上述的透明絕緣的石墨烯復合導熱薄膜的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

a. 納米纖維素分散液的過濾及干燥得到納米纖維素薄膜，經乙醇和去離子水洗滌；

b. 將步驟a所得到的納米纖維素薄膜浸入到濃度為0.1～3 mg/mL的氧化石墨烯水溶液中5～10 min，然后洗滌干燥；

c. 將步驟b所得到的薄膜浸入濃度為0.1～3 mg/mL的納米纖維素分散液中5～10 min；

d. 重復步驟b和步驟c 1～40次得到納米纖維素-氧化石墨烯復合薄膜；

e. 將步驟d所得到的納米纖維素-氧化石墨烯復合薄膜放入到質量分數為50%的還原性溶液升溫至90 °C保持2 h還原即可得到納米纖維素-石墨烯復合導熱薄膜；

f. 將納米纖維素與氮化硼按1:1的質量比配制成混合溶液，并超聲分散30～40 min，其中氮化硼溶液濃度為1～2 mg/mL；

g. 將步驟e所得到的納米纖維素-石墨烯復合導熱薄膜浸入步驟f的混合溶液中5～10 min，得到納米纖維素-石墨烯-氮化硼復合導熱薄膜。

上述的納米纖維素的直徑為20～50 nm，長徑比100～1000。

上述的還原性溶液為水合肼、硼氫化鈉溶液、氫碘酸、尿素溶液、維生素C溶液或對苯二酚還原性試劑的溶液。

與現有技術相比，本發明具有的突出特點：

不同于常見的熱界面材料，用于填充熱源和散熱部件之間的縫隙，以提高散熱的效率，本實驗中的導熱薄膜強調較高的橫向導熱系數，較高各向異性，以及良好的柔韌性和電絕緣性。

不同于常規高分子，本實驗中采用的基體納米纖維素不會產生巨大的表面熱阻。熱膨脹系數小，與其他材料的匹配性較好。