[發(fā)明專利]一種復(fù)合石墨膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710546896.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN107311661B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白云飛;李娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京卡本億新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/524
• 分類號(hào): C04B35/524;C04B35/80;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 北京三聚陽光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 李靜

本發(fā)明公開了一種復(fù)合石墨膜及其制備方法和應(yīng)用，包括：制備由納米金剛石和聚酰亞胺形成的聚酰亞胺復(fù)合薄膜；在惰性氣體保護(hù)下，進(jìn)行碳化和石墨化處理，然后去除石墨紙，得到由納米金剛石和聚酰亞胺形成的復(fù)合石墨膜。在碳化和石墨化過程中，納米金剛石作為晶核促進(jìn)聚酰亞胺的碳化和石墨化，提高石墨化度和碳化產(chǎn)率，從而提高復(fù)合碳膜的導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨膜領(lǐng)域，具體涉及一種由納米金剛石和聚酰亞胺形成的復(fù)合石墨膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著電子產(chǎn)品不斷向著精密化、精準(zhǔn)化以及節(jié)能的方向發(fā)展，對(duì)組成電子產(chǎn)品的電子器件的要求也不斷提高。高定向?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的石墨由于具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，而被廣泛應(yīng)用在電子器件上。傳統(tǒng)制備高定向結(jié)構(gòu)的石墨的方法是由熱解碳在應(yīng)力作用下高溫?zé)峤獾玫剑稍摲N方法制備的高定向結(jié)構(gòu)的石墨稱作高定向熱解石墨。但是上述制備工藝較為復(fù)雜，使得具有高定向結(jié)構(gòu)的石墨價(jià)格高昂，大大的限制了其應(yīng)用。為了克服上述問題，人們經(jīng)過數(shù)次嘗試和長(zhǎng)時(shí)間的研究探索，最終發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺(PI)在惰性氣體保護(hù)下，經(jīng)高溫碳化和石墨化處理后所得的石墨與高定向熱解碳石墨結(jié)構(gòu)一樣，具有良好的定向結(jié)層狀結(jié)構(gòu)。采用聚酰亞胺制備具有高定向石墨極大的簡(jiǎn)化制備工藝，節(jié)約了成本，大大的降低了高定向石墨的成本。但是采用聚酰亞胺制得的高定向石墨存在著一定的缺陷，例如其在碳化或石墨化過程中容易發(fā)生卷曲，導(dǎo)致最終產(chǎn)品脆性大，同時(shí)還存在著碳化程度低、斷裂強(qiáng)度差、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性差的缺陷，這些問題極大的限制了其應(yīng)用。

為此，中國專利CN103011141A一種高導(dǎo)熱石墨膜的制造方法，該制造方法中公開了采用聚酰亞胺薄膜作為原材料，將聚酰亞胺薄膜和石墨紙切割成固定尺寸，將切割成規(guī)定尺寸的聚酰亞胺薄膜層層疊放成確定高度，在每一層聚酰亞胺薄膜之間加入石墨紙；將間隔有石墨紙交叉層疊后聚酰亞胺薄膜放入碳化爐中，在惰性氣體保護(hù)下，分別在1000-1400℃下，以及2500-3000℃下進(jìn)行碳化和石墨化，得到高導(dǎo)熱的石墨膜。上述技術(shù)通過在聚酰亞胺薄膜之間疊加石墨紙，增強(qiáng)了石墨膜的抗彎曲性能，降低了石墨膜的脆性，但是對(duì)石墨膜的碳化程度、斷裂強(qiáng)度、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性并沒有改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的有聚酰亞胺制備導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性差的缺陷，從而提供一種復(fù)合石墨膜及其制備方法和應(yīng)用；

本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的聚酰亞胺石墨膜的碳化程度以及斷裂強(qiáng)度低的缺陷，從而提供一種復(fù)合石墨膜及其制備方法和應(yīng)用。

一種復(fù)合石墨膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備由納米金剛石和聚酰亞胺形成的聚酰亞胺復(fù)合薄膜(納米金剛石/聚酰亞胺復(fù)合薄膜)；

(2)將所述聚酰亞胺復(fù)合薄膜置于兩張石墨紙之間，在惰性氣體保護(hù)下，進(jìn)行碳化和石墨化處理，然后去除所述石墨紙，得到由納米金剛石和聚酰亞胺形成的復(fù)合石墨膜。

優(yōu)選的是，所述的制備方法中，所述步驟(1)中，

將納米金剛石分散于有機(jī)溶劑中，形成納米金剛石懸浮液；

在惰性氣體保護(hù)下，向所述金剛石懸浮液液中加入4,4’-二氨基二苯醚，在攪拌狀態(tài)下，分多次加入均苯四甲酸酐，在-10-10℃下進(jìn)行原位聚合反應(yīng)，得到含有納米金剛石的聚酰胺酸溶液；

將所述聚酰胺酸溶液制成薄膜，對(duì)所述薄膜進(jìn)行熱亞胺化處理，得到所述聚酰亞胺復(fù)合薄膜。

優(yōu)選的是，所述的制備方法中，所述有機(jī)溶劑為非質(zhì)子極性有機(jī)溶劑。

優(yōu)選的是，所述的制備方法中，所述4,4’-二氨基二苯醚與所述均苯四甲酸二酐的摩爾比為1:(1-1.5)。

優(yōu)選的是，所述的制備方法中，在所述聚酰胺酸溶液中，所述納米金剛石的含量為所述4,4’-二氨基二苯醚與所述均苯四甲酸二酐質(zhì)量之和的0.1wt％-10wt％；