[發明專利]一種高石墨化聚酰亞胺基石墨厚膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010183327.2
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111470876B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 張藝;李帥臻;鄭智博;蔣星;池振國;劉四委;許家瑞
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622;C08J5/18;C08G73/10;C08K3/04;C08L79/08
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 周端儀

本發明公開了一種高石墨化聚酰亞胺基石墨厚膜及其制備方法，其包括以下步驟：制備碳納米管摻雜聚酰亞胺厚薄膜，然后放置在碳化爐中，在氬氣氛圍下高溫碳化，最后轉移至石墨爐中高溫石墨化，即得到高石墨化的石墨厚膜。本發明工藝操作簡單，制備過程中不需要噴涂，條件溫和，實用性強，節約能源，易于實現工業化生產，具有工業化前景。采用本發明方法制備的石墨厚膜除了保持了石墨膜重量輕、使用溫度高等優點外，通過碳納米管的引入有助于提高聚酰亞胺厚膜的石墨化程度，表面及內部均具有高石墨化程度，解決了成品成膜率不高以及內部石墨化不完全的問題，從而提高成品的導熱性能，拓寬了其應用范圍。

技術領域

本發明涉及一種高石墨化石墨厚膜的制備方法，屬于石墨膜技術領域。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，電子元器件領域的熱管理問題越來越被重視。例如，大型筆記本電腦CPU、手機，以及許多家用電器中電子元件的高集成化、高密度化，使得材料表面產生的熱量急劇增加，如不能及時將熱量排除則會影響電子元件的壽命和系統整體的穩定性。

散熱材料作為散熱解決方案的重要組成部分，質量輕且具有高導熱性能的材料具有極大的需求,傳統的金屬散熱材料由于密度大、熱膨脹系數高、導熱率不夠高等缺點，已經很難滿足越來越嚴苛的散熱需求。石墨散熱片有著質量輕、密度小、導熱系數高等特點，已被廣泛應用于智能手機等領域，成功解決其散熱問題。

采用聚酰亞胺作為高殘碳率的前驅體，通過碳化石墨化制備的石墨膜材料和碳/碳(C/C)復合材料，是所有材料中可使用溫度最高的材料。在5G等特定領域需要導熱材料有著極高的導熱系數，增加石墨膜的厚度是提升其導熱性能的一種有效方法，但厚膜的制備成膜率低，并且在厚度增加的同時，其薄膜內部石墨化不完全，從而抑制了材料有序結構的產生，影響導熱性能的提高。

目前，增強石墨膜導熱性能的方法主要有：改良原材料制備工藝、薄膜材料交聯、大量添加納米填料等方式，其操作步驟復雜，效率較低、成本較高。針對上述問題，有必要提出一種高石墨化石墨厚膜的制備方法，以解決現有技術的不足。

發明內容

本發明的目的是提供一種高石墨化聚酰亞胺基石墨厚膜的制備方法，其簡單易操作，提高生產效率。

本發明還有一個目的是提供上述制備方法制得的高石墨化聚酰亞胺基石墨厚膜。

本發明的目的是這樣解決的：一種高石墨化聚酰亞胺基石墨厚膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)制備碳納米管摻雜聚酰亞胺厚薄膜：

方法①：在有機溶劑中加入碳納米管分散均勻得到碳納米管分散液，把二胺分散到有機溶劑里得到二胺溶液，加入前述碳納米管分散液，攪拌均勻得到含有碳納米管的二胺溶液；按二胺和二酐摩爾比1:1～1:1.02的比例分批將二酐加入到含有碳納米管的二胺溶液中進行反應，得到含有碳納米管的聚酰胺酸混合液；將其刮涂到載體上，去除溶劑，再使用程序升溫的方式使材料熱酰亞胺化，得到碳納米管摻雜聚酰亞胺厚薄膜；

方法②：在有機溶劑中加入碳納米管分散均勻得到碳納米管分散液，將聚酰亞胺材料溶解于有機溶劑中，加入前述碳納米管分散液，攪拌均勻得到含有碳納米管的聚酰亞胺膠液；將含有碳納米管的聚酰亞胺膠液刮涂到載體上，去除溶劑，得到碳納米管摻雜聚酰亞胺厚薄膜；

(2)將碳納米管摻雜聚酰亞胺厚薄膜放置在碳化爐中，在氬氣氛圍下高溫碳化；

(3)將碳化后的樣品轉移至石墨爐中高溫石墨化，即得到高石墨化的石墨厚膜。

所述步驟(1)中，方法①的將二酐加入到碳納米管的二胺溶液中進行反應，反應是在惰性氣體保護下，在-10～60℃下進行，反應時間為4～72小時。