[发明专利]一种散热用石墨烯复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导热材料技术领域，具体涉及一种散热用石墨烯复合膜及其制备方法。

背景技术

随着电子产品日趋智能及复杂化，其产品内部所需的元器件数量增多，集成度变高。而这种情况带来的直接影响是电子产品在运行过程中产生的热量越来越大。这些热量如果不及时排出，很容易迅速积累而形成高温。高温的产生将大大降低这些电子产品的性能、可靠性和使用寿命。所以电子产品行业对作为热控系统核心部件的散热材料的要求越来越高，不但要求散热材料具有高效的散热性能，还必须同时具备质量轻、材料薄、柔韧性好的特点。

在目前电子产品中广泛使用的散热膜材料主要有天然石墨膜和人工石墨膜。

天然石墨膜制备工艺复杂，成型困难，制备出的散热膜柔韧性较差，厚度较厚，不能很好地满足电子产品的设计要求。对于天然石墨膜，中国专利申请CN102730675A公开了一种高导热石墨膜及其制备方法，该技术通过将一定比例的天然石墨和复合氧化剂混合，并通过一系列反应，最后将压延成片的样品炭化及石墨化制备出天然石墨膜。虽然该产品具有很好的导热系数，但是制备出的膜较厚（至少达到100μm）且柔韧性较差，较厚的散热膜材料在电子产品中占据太多空间，直接影响产品的设计结构，在电子产品日益做薄的前提下，天然石墨膜的市场占有率将会越来越低。

人工石墨膜价格过高，主要是由于其制造成本过高。在制备过程中人工石墨膜成型温度过高及成型时间过长导致的高耗能带来了制造成本的上升，该种技术工艺不能满足日益重要的国家节能减排的要求。对于人工石墨膜，中国专利申请CN103080005A公开的石墨膜及其制造方法，该技术通过高温炭化及高温石墨化聚酰亚胺薄膜制备得到人工石墨膜，该散热膜材料膜厚可设计，膜最薄可达到5μm，散热效果非常好，且密度较小，能很好地满足电子产品轻薄的要求，但是该种人工石墨膜的制造成本过高，动辄每平米上千元。制造成本高主要是由于炭化及石墨化过程中大量耗能造成的。该制备方法中炭化温度高达1500℃，石墨化温度高达3000℃，这势必带来高耗能和高成本，导致散热膜材料的价格居高不下。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种散热用石墨烯复合膜，以克服目前使用的天然石墨膜厚度较厚导致无法满足电子产品设计要求以及人工石墨膜制备温度较高、耗能严重导致的价格过高的产品缺点；本发明也提供了一种制备上述散热用石墨烯复合膜的方法。

为了实现上述的目的，发明人通过对未炭化及石墨化的多层高分子薄膜进行创新式预涂石墨烯涂料，在保证制备出的散热膜材料轻薄的同时大大降低了材料炭化及石墨化的温度和时间，降低了制造成本，并且通过该种制备方法使散热膜材料中添加进了高新纳米材料石墨烯。

本发明的基本构思是将高分子薄膜预先涂覆石墨烯，一方面使得最后成型的膜材料中添加进石墨烯形成具有纳米结构的石墨烯复合材料；另一方面涂覆在表面的石墨烯能加强高分子薄膜在热处理过程中炭化和石墨化的能力。基于这两方面的考虑，一方面降低炭化及石墨化的温度和时间，另一方面充分利用石墨烯高导热系数和高柔韧性，使最终散热膜材料具有较好的市场价值。

具体的，本发明提供的散热用石墨烯复合膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）准备若干固定厚度的高分子薄膜，分别将石墨烯浆料均匀涂覆于各高分子薄膜的表面；

（2）将涂覆完毕的高分子薄膜层叠放置后放入烘箱中，60～80℃下烘烤1h以上，形成层叠体；

（3）将烘烤完的层叠体放入炭化炉中，氩气或氮气气氛中，700～1000℃下炭化1h以上；

（4）将炭化后的层叠体放入石墨化炉中，氩气或氮气气氛中，1800～2500℃下石墨化1h以上，得石墨烯复合膜。

优选的，所述的石墨烯浆料为石墨烯的水性或溶剂型浆料，PH值为6.3～7.8。

进一步的，所述的石墨烯比表面积为150～300m²/g。

进一步的，所述的石墨烯平均厚度为3～5nm。

优选的，在各高分子薄膜上涂覆石墨烯浆料的方法为涂布、刷涂、喷涂或浸渍。

优选的，所述高分子薄膜进行层叠的层数为10～200层。

进一步的，每层高分子薄膜厚度为15～30μm。

进一步的，每层高分子薄膜上涂覆的石墨烯浆料厚度为10～20μm。

优选的，所述的高分子薄膜为聚酰亚胺膜（PI）、聚噁二唑膜（POD）或聚丙烯腈膜（PAN）。

本发明也提供了一种通过上述方法制备得到的散热用石墨烯复合膜。