[發明專利]一種高導熱的石墨烯厚膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710391092.4
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107140619B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 高超;郭燕
• 申請（專利權）人: 杭州高烯科技有限公司
• 主分類號: C01B32/182
• 分類號: C01B32/182;C01B32/184
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種高導熱石墨烯厚膜及其制備方法。將氧化石墨烯膜表面均勻噴涂一層液體，表面溶脹后將多張氧化石墨烯膜粘結在一起，待其干燥后氧化石墨烯膜可通過粘結界面處的作用力實現自粘結，通過進一步低溫熱壓使得每層氧化石墨烯膜之間粘結更加緊實，最終經過低溫加熱預還原，高溫高壓熱處理修復缺陷即可得到高導熱的石墨烯復合膜。該高導熱的石墨烯復合的厚度大于50μm，面向熱導率為1000～2000W/mK，在高頻率高熱流密度器件中有較大的使用前景。

技術領域

本發明涉及新型導熱材料及方法，尤其涉及一種高導熱的石墨烯厚膜及其制備方法。

背景技術

2010年，英國曼徹斯特大學的兩位教授Andre GeiM和Konstantin Novoselov因為首次成功分離出穩定的石墨烯獲得諾貝爾物理學獎，掀起了全世界對石墨烯研究的熱潮。石墨烯(Graphene)，又稱單層石墨，一種由碳原子組成的平面薄膜，自石墨材料中剝離，只有一個碳原子的厚度，是由單層碳原子呈蜂巢晶格排列形成的二維材料。石墨烯的結構非常穩定，碳碳鍵(carbon-carbon bond)僅為石墨烯內部的碳原子之間的連接很柔韌，當施加外力于石墨烯時，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應外力，從而保持結構穩定。這種穩定的晶格結構使石墨烯具有優秀的導熱性，導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石。石墨烯有優異的電學性能(室溫下電子遷移率可達2×10⁵cM²/Vs)，突出的導熱性能(5000W/(MK)，超常的比表面積(2630M²/g)，其楊氏模量(1100GPa)和斷裂強度(125GPa)。同時石墨烯具有耐高溫耐腐蝕的優點，而其良好的機械性能和較低的密度更讓其具備了在電熱材料領域取代金屬的潛力。

宏觀組裝氧化石墨烯或者石墨烯納米片的石墨烯膜是納米級石墨烯的主要應用形式，常用的制備方法是抽濾法、刮膜法、旋涂法、噴涂法和浸涂法等。通過進一步的高溫處理，能夠修補石墨烯的缺陷，能夠有效的提高石墨烯膜的導電性和熱導性，可以廣泛應用于智能手機、智能隨身硬件、平板電腦、筆記本電腦等高散熱需求隨身電子設備中去。

但是目前，高導熱的宏觀組裝石墨烯膜通常厚度為5μm～30μm，而厚度在幾百微米以上的石墨烯厚膜或者石墨烯塊材由于其中的石墨烯片層間距偏大或不均勻等問題，其面向導熱率通常僅為400～800W/mK。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種高導熱的石墨烯厚膜及其制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種高導熱的石墨烯厚膜，所制備的石墨烯厚膜的厚度大于50μm，孔隙率為5～40％；石墨烯片層褶皺密度控制在50-500mm/mm²,且石墨烯片的缺陷少，其ID/TG＜0.02，面向熱導率為1000～2000W/mK。石墨烯厚膜無分層現象，任意兩個相鄰的石墨烯片的片層間距小于20nm。

進一步地，所述制備方法包含如下步驟：

(1)將平均尺寸大于50μm的氧化石墨烯配制成濃度為1～20mg/mL氧化石墨烯水溶液，溶液成膜后自然晾干，得到氧化石墨烯膜。

(2)多張氧化石墨烯膜進行復合，具體為：在氧化石墨烯膜表面進行均勻噴涂液體，使之表面溶脹，然后將多張氧化石墨烯膜沿厚度方向粘接在一起。

(3)將粘接后的氧化石墨烯復合膜放置在烘箱烘干，烘箱的溫度低于40℃。