[發(fā)明專利]定向排布磁性碳纖維石墨烯復(fù)合膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910575761.2
• 申請(qǐng)日: 2019-06-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110282974B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李靜;雷汝白;陳燕;康梓彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué);華南理工大學(xué)珠海現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): C01B32/184
• 分類號(hào): C01B32/184;C01B32/192;F21V29/185;F21Y115/10
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 向玉芳

本發(fā)明公開(kāi)了定向排布磁性碳纖維石墨烯復(fù)合膜及其制備方法和應(yīng)用。制備方法是先進(jìn)行碳纖維的磁負(fù)載，然后將磁性碳纖維粉末在溶劑中超聲分散，倒入兩側(cè)固定有磁極相反磁石的抽濾漏斗中靜置，待磁性碳纖維在磁場(chǎng)作用下穩(wěn)定后，抽濾成膜，將復(fù)合膜從濾膜上取下，并放入模具中加壓后，放入管式爐中，加入保護(hù)氣體，升溫至1000?1500℃并保溫，得到磁性碳纖維石墨烯復(fù)合膜。本發(fā)明磁性碳纖維在外磁場(chǎng)作用下平行分布于石墨烯片層中，平行率達(dá)到85％?95％。復(fù)合膜中的碳纖維增強(qiáng)了復(fù)合膜的力學(xué)性能，并有效分離復(fù)合膜中的石墨烯片層，提高了片層質(zhì)量，增加了復(fù)合膜的導(dǎo)熱性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及導(dǎo)熱材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種定向排布磁性碳纖維石墨烯復(fù)合膜的制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的定向排布磁性碳纖維石墨烯復(fù)合膜可以應(yīng)用于大功率電子元器件、 LED、電池組件的散熱中。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)高熱流密度系統(tǒng)的一般散熱方式是通過(guò)機(jī)械加工得到銅、鋁等金屬翅片，并將翅片安裝于熱源處。由于金屬的熱導(dǎo)率僅有百級(jí)W/mK，達(dá)到散熱要求往往需要高質(zhì)量、大體積的翅片實(shí)現(xiàn)，而其往往增加了系統(tǒng)總重，占用了更多的體積。

在導(dǎo)熱領(lǐng)域，石墨烯成為繼金剛石、碳納米管的高導(dǎo)熱納米碳材料，其面內(nèi)熱導(dǎo)率高達(dá)5300W/mK。然而，無(wú)論通過(guò)機(jī)械剝離、液相剝離、氧化還原、化學(xué)氣相沉積等方法得到原始石墨烯，其優(yōu)異性能多基于納米尺度，沒(méi)有很高的商業(yè)價(jià)值，而石墨烯產(chǎn)品大多以石墨烯為基材或填料因子制成復(fù)合材料以發(fā)揮石墨烯的優(yōu)異性能。在熱管理系統(tǒng)中，以石墨烯制成的復(fù)合材料具有熱導(dǎo)率高，穩(wěn)定性強(qiáng)，力學(xué)性能良好，質(zhì)量輕等特點(diǎn)，使其成為解決高集成度電子元器件散熱問(wèn)題的重要手段。新型復(fù)合導(dǎo)熱材料相比傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料，需要具有更高的熱導(dǎo)率，更輕的質(zhì)量，并要求具有一定的柔性。碳碳復(fù)合導(dǎo)熱材料質(zhì)量輕，而其熱導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度與其微觀形貌密切相關(guān)，通過(guò)調(diào)整其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以提高其力學(xué)性能與導(dǎo)熱效果。

TGC系列多層高導(dǎo)熱石墨膜是由碳源科技有限公司生產(chǎn)，主要應(yīng)用于民用高端電子器件、LED用芯片材料、工業(yè)裝置用散熱器、核聚變反應(yīng)堆第一壁等。TGC系列產(chǎn)品的制備方法一般需要采用聚酰亞胺、聚酰胺等高分子膜作為前驅(qū)體，先經(jīng)過(guò)600-1000℃碳化、2600-3200℃石墨化并保溫，而后通過(guò)輥壓最終得到產(chǎn)品，這個(gè)過(guò)程不僅工藝復(fù)雜、能耗巨大，同時(shí)，由于產(chǎn)品為石墨烯膜堆疊而成，受到拉應(yīng)力時(shí)層間滑移現(xiàn)象明顯，抗拉強(qiáng)度較低，且隨石墨烯的堆疊層數(shù)增加，熱導(dǎo)率下降明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合膜沿碳纖維方向的抗拉強(qiáng)度達(dá)到35-37MPa，熱導(dǎo)率超過(guò)600W/mK的定向排布磁性碳纖維石墨烯復(fù)合膜及其制備方法。

本發(fā)明另一目的在于提供所述定向排布磁性碳纖維石墨烯復(fù)合膜在LED散熱中的應(yīng)用。

本發(fā)明通過(guò)外磁場(chǎng)引導(dǎo)構(gòu)建平行排布碳纖維骨架并在骨架上沉積氧化石墨烯，通過(guò)低溫?zé)徇€原的方式得到復(fù)合膜材料，一方面，碳纖維增強(qiáng)了復(fù)合膜的力學(xué)性能，另一方面，碳纖維將石墨烯片層有效分離，降低了層間聲子泄漏，提高了膜的導(dǎo)熱性。同時(shí)，該制備方法有效調(diào)節(jié)了短切碳纖維的纖維取向，且制備過(guò)程中僅經(jīng)過(guò)低溫碳化，避免了熱壓石墨化過(guò)程，有效降低了制備工藝過(guò)程中的能耗。為了提高石墨烯膜的綜合性能，

本發(fā)明通過(guò)引入定向排布的磁性碳纖維分離石墨烯片層減少石墨烯堆疊產(chǎn)生的層間聲子散射，同時(shí)，磁性碳纖維作為良好的增強(qiáng)體增加了石墨烯膜的抗拉強(qiáng)度，且本發(fā)明的制備工藝無(wú)需經(jīng)過(guò)石墨化處理，降低了制備過(guò)程的能耗。本發(fā)明制備的高導(dǎo)熱、高強(qiáng)度復(fù)合膜為大功率電子元器件、LED、電池組件的散熱提供了更好的解決方案。

本發(fā)明制備得到的復(fù)合膜熱導(dǎo)率高，且質(zhì)量輕，體積小，將其貼附在熱源表面作為均溫材料，達(dá)到相同的散熱效果需要的散熱材料質(zhì)量及散熱材料所占用的體積都明顯降低。

本發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種定向排布磁性碳纖維石墨烯復(fù)合膜的制備方法，包括以下步驟：