[發(fā)明專利]一種銅箔?石墨烯/碳納米管或銅箔?石墨烯/碳納米管?銅箔導熱薄膜的制備方法

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• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107512041A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設計）人: 王伯文;張勇;徐榮
• 申請（專利權）人: 青島超碳新材料科技有限公司
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B15/20
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)11535
• 代理人: 劉元霞

技術領域

本發(fā)明屬于納米材料技術及散熱領域，更具體地，涉及一種銅箔-石墨烯/碳納米管或銅箔-石墨烯/碳納米管-銅箔導熱薄膜的制備方法。

背景技術

隨著科學技術的快速發(fā)展，高效導熱和散熱成為許多領域亟待解決的問題。例如高功率電子設備在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量。高度集成的電子器件(如CPU)，其單位體積電子器件在運行過程中的發(fā)熱量迅速增大的同時，會使系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量驟增。如果不能及時將熱量傳導出去，就會導致半導體器件提前老化或是加速電子元件的熱機械損壞。因此為了滿足人們對高功率，小體積的電子設備產(chǎn)品的需求，迫切需要開發(fā)一種質(zhì)量輕、導熱率高的材料。

傳統(tǒng)的金屬導熱材料中，金和銀有優(yōu)良的導熱性能，但其高價格讓其難以被廣泛應用。金屬銅也有較好的散熱效果，但因其具有密度大、塑造性較差，還容易被氧化而降低性能等局限性，也很難滿足目前日益增長的對于高散熱材料的要求。另外，在航天領域，小體積設備不僅僅需要導熱材料有高的導熱率和高溫承受能力，還要有良好的熱機械性能和較小的密度。

目前許多科學家認識到利用碳材料的特殊結構和性能可以生產(chǎn)出滿足上述要求的高導熱材料。石墨單晶(002)晶面理論熱導率高達2100W m^-1k^-1以上。而且碳材料具有較低的密度、低熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的機械性能，是近年來最具發(fā)展前景的一類導熱材料，因而在能源、通訊、電子、計算技術、激光和空間科學等領域具有廣闊的應用前景。但是一般多晶石墨材料的常溫熱導率僅為70～150W m^-1k^-1，遠遠不能滿足一些特殊場合的需求。

因此，構筑一種高性能低密度的新型結構的導熱材料是急迫需要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種銅箔-石墨烯/碳納米管或銅箔-石墨烯/碳納米管-銅箔導熱薄膜的制備方法。該方法制備的兩層或三層的導熱薄膜具有400W m^-1k^-1以上的熱導率，其中通過對反應原料，關鍵工藝步驟和結構進行改進，實現(xiàn)了新型兩層或三層結構導熱薄膜的制備。并且，該制備方法工藝簡單、操作便捷，反應材料廉價、易得，而且可以大規(guī)模生產(chǎn)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種銅箔-石墨烯/碳納米管或銅箔-石墨烯/碳納米管-銅箔導熱薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)石墨烯/碳納米管漿料的制備：

a).將包含氧化石墨烯(GO)與碳納米管的混合溶液進行水熱還原反應，然后球磨制備得到石墨烯/碳納米管漿料；或

b).將包含石墨和分散劑的溶液用機械剝離的方法剝離后，與碳納米管混合，制備得到石墨烯/碳納米管漿料；

(2)導熱薄膜的制備：將步驟(1)中制備的石墨烯/碳納米管漿料涂覆在銅箔上，得到銅箔-石墨烯/碳納米管雙層結構；任選地，在所述雙層結構的石墨烯/碳納米管層上復合另一片銅箔，得到銅箔-石墨烯/碳納米管-銅箔三層結構。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)a)中，所述碳納米管與氧化石墨烯的質(zhì)量比為0：1到10:1之間。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)b)中，所述包含石墨的溶液中還包括分散劑，例如為十二烷基苯磺酸鈉、十八烷基硫酸鈉、十六烷基三甲基氯化銨、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纖維素鈉和聚乙二醇中的至少一種。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)a)中，所述球磨的時間為1～10h，優(yōu)選為2～5h，更優(yōu)選為4h。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)a)中，所述氧化石墨烯的濃度為0.01mg/ml-50mg/ml。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)a)中，所述反應溫度為160℃～200℃，優(yōu)選為180℃。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)a)中，所述反應時間為4～10h，優(yōu)選為5～8h，更優(yōu)選為6h、8h。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)中，所述涂覆方法包括刷涂法、噴涂法、刮涂法、印刷法等。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)中，在所述雙層結構的石墨烯/碳納米管層上復合另一片銅箔，所述復合方法為滾壓方法。

本發(fā)明還提供一種由上述方法制備得到的雙層或三層導熱薄膜。

本發(fā)明還提供一種銅箔-石墨烯/碳納米管雙層導熱薄膜，包括，銅箔和在其上的石墨烯和納米管混合層。

本發(fā)明還提供一種銅箔-石墨烯/碳納米管-銅箔導熱薄膜，包括兩層銅箔，和在兩層銅箔之間設置有一層石墨烯和碳納米管的混合層。

本發(fā)明的技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：