[發明專利]氮摻雜石墨烯銅復合散熱膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010319365.6
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111548516B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 成文俊;李磊;穆范全
• 申請（專利權）人: 蘇州錦富技術股份有限公司
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C09D101/28;C09D7/62;C23C14/35;C23C14/18;C01B32/184;C08L67/02
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫周強

本發明公開了一種氮摻雜石墨烯銅復合散熱膜及其制備方法。首先將氧化石墨烯、氮摻雜劑和分子橋連劑經球磨和熱處理得到氮摻雜石墨烯；再將氮摻雜石墨烯與粘結劑分散液混合涂布于基材表面，得到復合膜；然后在復合膜的表面沉積納米銅粒子，再經過壓延制備出氮摻雜石墨烯銅復合散熱膜。本發明工藝先進，制得的復合散熱膜具有優異的導熱性能和力學性能。

技術領域

本發明涉及散熱技術領域，涉及一種氮摻雜石墨烯銅復合散熱膜的制備方法。

背景技術

電子產品在實現智能化的同時逐步向輕薄化、高性能和多功能方向發展的，而集成度和組裝密度不斷提高，導致其工作功耗和發熱量的急劇增大。據統計，電子元器件因熱量集中引起的材料失效占總失效率的 65%-80%，熱管理技術是電子產品考慮的關鍵因素。為保障元器件運行可靠性，需使用高可靠性、高導熱性能等綜合性能優異的材料，迅速、及時地將發熱元件積聚的熱量傳遞給散熱設備，保障電子設備正常運行。

石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料，其低維結構可顯著削減晶界處聲子的邊界散射，并賦予其特殊的聲子擴散模式。研究表明，室溫下石墨烯的熱導率達到5300 W/（m·k），優異的導熱和力學性能使石墨烯在熱管理領域極具發展潛力，但這些性能都是基于微觀的納米尺度，難以直接利用。因此，將納米的石墨烯宏觀組裝形成薄膜材料，同時保持其納米效應是石墨烯規?；瘧玫闹匾緩?。

發明內容

本發明的目的是提供一種氮摻雜石墨烯銅復合散熱膜的制備方法，所述的復合散熱膜具有優異的導熱性能和力學性能。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

氮摻雜石墨烯銅復合散熱膜，其制備方法包括以下步驟：

（1）將氧化石墨烯、氮摻雜劑和分子橋連劑經球磨和熱處理得到氮摻雜石墨烯；

（2）將氮摻雜石墨烯與粘結劑分散液混合涂布于基材表面，得到復合膜；

（3）在復合膜的表面沉積納米銅粒子，再經過壓延制備出氮摻雜石墨烯銅復合散熱膜。

本發明中，氧化石墨烯為現有產品，氮摻雜劑為六亞甲基四胺，分子橋連劑為納米氮化硼；粘結劑為羧甲基纖維素鈉，基材為聚對苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜。

本發明中，氧化石墨烯、氮摻雜劑和分子橋連劑的質量比為1.5∶1∶0.1～0.2；氮摻雜石墨烯與粘結劑的質量比為10∶3～4。

本發明中，所述球磨的轉速為1000～1500rpm，時間為1～4h；熱處理為300℃加熱1小時，然后900～1000℃加熱6～8小時；熱處理在惰性氣氛下進行，本發明先在惰性氣氛中低溫熱處理，引發含氧基團的分解，相比一步高溫法，含氧量以及缺陷更少；可選熱處理在石英爐中進行。

本發明中，沉積納米銅粒子的方法為磁控濺射法，磁控濺射功率在2000～3000W之間，時間在0.8～1.5h之間，氣壓在0.5～2Pa之間；可以有效的提高薄膜的抗張強度和剪切強度；壓延的壓力30～60MPa之間，還可以提高石墨烯層的密度，減小導熱材料之間的距離。

本發明中，步驟（2）制備的復合膜由基材與基材表面的石墨烯層組成，石墨烯層含有粘接劑、氮摻雜石墨烯以及分散介質，分散介質比如水；石墨烯層的厚度為15～25微米。

無論哪種方式，晶界和晶格缺陷都是降低熱擴散率的主要障礙，對于石墨烯，在平面方向幾乎沒有晶格缺陷，因此石墨板的熱擴散系數非常高，遠遠大于銅。氮摻雜石墨烯報道非常多，但是幾乎未見用于散熱材料的技術方案，都是針對電容、電極材料，另外，氮摻雜石墨烯的制備方法對氮在石墨烯上的類型有影響，但是具體何種類型的摻雜氮會影響熱傳遞，目前沒有明確的理論研究。

與現有技術相比，本發明的創新點為：