[發明專利]一種高導熱、高導電磺化石墨烯基復合薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201911098157.1
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110803930A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 李周芊芊;蔣堯如;李偉
• 申請（專利權）人: 李周芊芊;蔣堯如
• 主分類號: C04B35/524
• 分類號: C04B35/524;C04B35/622;C01B32/05
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉

本發明公開了一種高導熱、高導電磺化石墨烯基復合薄膜及其制備方法，該方法是將含羥基或氨基的水溶性聚合物和磺化石墨烯溶解分散至水中形成漿料，將漿料涂布在基帶上，依次經過干燥脫水、交聯固化及剝離后，置于保護氣氛下，進行炭化處理和石墨化處理，即得磺化石墨烯基復合薄膜。該方法利用磺化石墨烯和含羥基或氨基的水溶性聚合物通過交聯反應，從而保證了在炭化和石墨化過程中形成少缺陷、少微孔，且具有柔韌性的高導熱、高導電磺化石墨烯基復合薄膜，可以廣泛應用于電子產品、傳感器、觸摸屏及金屬表面以達到快速導電、散熱的效果。該方法原材料成本低、污染少，易于工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種導熱、導電復合材料，尤其涉及一種高導熱、導電磺化石墨烯基復合薄膜及其制備方法，屬于導熱、散熱新材料技術領域。

背景技術

高導熱石墨烯膜是近年來廣泛研究的一種新型導熱、散熱材料，其超高的導熱系數使其廣泛應用于電子、通信、航空和國防軍工等許多領域。特別是5G技術的發展，對導熱材料提出了更高的要求，很多企業急需開發新一代導熱膜材料，以適應快速發展的新一代通信技術。石墨烯導熱膜具有高導熱系數、低熱阻，同時石墨烯導熱膜的表面可與金屬、樹脂、陶瓷等其他材料復合以滿足各種功能需求，還可以根據實際需要對其進行切割、裁剪。

低維碳納米材料(石墨烯和碳納米管等)具有極高的彈性常數和平均自由程，熱導率可高達3000～6000W·m^-1·K^-1。傳統石墨烯導熱膜是通過氧化-還原法將石墨粉與混合強酸、水等制成漿料，再將漿料涂布成膜，然后再進行燒結、高溫還原制備得到的石墨烯導熱膜，但是由于其存在較多的晶格缺陷導致熱導率偏低，產品成膜外觀較差、內部存在較多的微孔。并且，傳統石墨烯導膜制備工藝復雜，成型困難，雖然該產品具有很好的導熱系數，但是制備出的膜較厚且柔韌性較差，較厚的導熱膜材料在電子產品中占據了過多的空間，直接影響產品的結構設計，不能很好地滿足電子產品的設計要求。

當前，由于微電子集成技術、高密度印制板組裝技術的飛速發展促使組裝密度迅速提高，電子元件、邏輯電路體積逐漸縮小，電子產品朝輕、薄、短、小的趨勢快速推進。高頻工作頻率造成半導體工作環境溫度快速升高，電子元器件產生的熱量逐漸積累、溫度不斷升高。要使得電子元器件在使用環境溫度下能高可靠性地正常工作，及時快速地散熱就成為影響其使用壽命的關鍵因素。因此在使用石墨烯基導熱、導電薄膜時對其熱導、電導率提出了更高的要求。

發明內容

現有技術中，石墨/石墨烯基導熱、導電薄膜的制備工藝復雜，成型困難，膜較厚且柔韌性較差，聚酰亞胺類導熱膜雖然制品的柔韌性好，但是該膜價格較高、其熱導率的提高也遇到了瓶頸。

針對現有技術的這些問題，本發明的第一個目的在于提供一種兼具柔韌性、高導熱、導電性能的磺化石墨烯基復合薄膜，可以廣泛應用于電子產品、傳感器、觸摸屏及金屬表面等以達到快速導電、散熱的效果。

本發明的第二個目的是在于提供一種以磺化石墨烯和水溶性聚合物為原材料，通過磺化石墨烯與含羥基和/或氨基的水溶性聚合物進行交聯固化反應、炭化、石墨化，制備了同時具有柔韌性、高導熱、導電等優點的磺化石墨烯基復合薄膜的方法，該方法工藝簡單，成本低，有利于大規模生產和應用，克服了現有技術存在的缺陷。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種高導熱、導電磺化石墨烯基復合薄膜的制備方法，該方法是將含羥基和/或氨基的水溶性聚合物和磺化石墨烯溶解分散至水中形成漿料，將漿料涂布在基帶上，依次經過干燥脫水、交聯固化及剝離，得到磺化石墨烯/聚合物薄膜；將磺化石墨烯/聚合物薄膜置于保護氣氛下，進行炭化處理和石墨化處理，即得磺化石墨烯基復合薄膜。

優選的方案，所述磺化石墨烯中硫的質量百分比含量為2～20％，且磺化石墨烯中硫在二維平面內均勻分布。硫的質量百分比含量優選為5～8％。磺化石墨烯為常規的市售產品。