[发明专利]一种高定向石墨烯散热薄膜的制备方法及散热薄膜

说明书

本发明提供一种高定向石墨烯散热薄膜的制备方法及散热薄膜，解决了石墨烯的高度定向排布问题，实现面内超高热导率。方法：配制氧化石墨烯分散液；氧化石墨烯的高定向处理；冷冻干燥得氧化石墨烯泡沫；水合肼还原得石墨烯泡沫；加压得石墨烯膜；后期热处理；本发明能够制备厚度可以控制、石墨烯高度定向分布的样品。其面内热导率可以达到2400W/(m.K)，可广泛地应用于散热领域中。

技术领域

本发明涉及高导热材料领域，具体涉及一种高定向石墨烯散热薄膜的制备方法及散热薄膜。

背景技术

近年来电子产品功率越来越大，但是体积越来越小。集成电路的小型化和高度集成，使电子元器件的组装密度持续增加，在提供了强大的使用功能的同时，也导致了其工作功耗和发热量的急剧增大。高温将会对电子元器件的稳定性、可靠性和寿命产生有害的影响。Mithal的研究结果表明(Mithal et al.Design of experimental based evaluationof thermal performance of a flichip electronic assembly[C].ASME EEPProceedings.New York：ASME，1996，18：109–115.)，电子元件的温度在正常工作温度水平上降低1℃，其故障率可减4％；若增加10～20℃，则故障率提高100％。因此,为了能够使器件发挥最佳性能并确保高可靠性,对热设计工作应予以高度重视因此，为了能够使器件发挥最佳性能并确保高可靠性，必须确保发热电子元器件所产生的热量能够及时的排出。传统的散热材料——金属已经不能满足越来越大的散热需求，而且金属密度大、热导率低，不符合我们对电子产品小型化的追求。

石墨烯作为一类新型材料，除具有超高的强度之外，其单层热导率高达～5300W/(m·K)，给新一代散热材料的研制提供了难得的机遇。但是由于石墨烯本身的尺寸非常小(厚度只有不到1纳米，二维方向几十微米)，在纳观尺度很难操控。如果能将石墨烯以某种方式组装成宏观的结构或者材料，又能充分发挥石墨烯纳观尺度的热学性能，实现从纳观尺度到宏观尺度的跨越，就可以使得石墨烯的热学性能得到有效利用。

具有完美晶格的单层石墨烯具有超高的热导率，但是其做成宏观材料，石墨烯本身的结晶度、层数、尺寸、石墨烯片层的定向性、致密性等是影响材料热导率的重要因素。

单层石墨烯很难实现，因此石墨烯制造宏观散热材料往往需要多层，而随着石墨烯层数增加，声子的散射通道增加，倒逆过程增加，其热导率会极速下降。当层数为4层时，石墨烯的热导率会下降到2000W/(m·K)以下(Youdi K,Lucas L，et al.UnusualEnhancement in Intrinsic Thermal Conductivity of Multilayer Graphene byTensile Strains[J].Nano Lett.2015(15):6121-6127.)。现有技术制备的石墨烯片层定向性低，界面热阻大，进而导致沿片层方向的热导率低。且石墨烯泡沫经还原后，原有的定向排布会被破坏，降低热导。

发明内容

针对上述单层石墨烯很难实现，因此石墨烯制造宏观散热材料往往需要多层，而随着石墨烯层数增加，声子的散射通道增加，倒逆过程增加，其热导率会极速下降。当层数为4层时，石墨烯的热导率会下降到2000W/(m·K)以下；现有技术制备的石墨烯片层定向性低，声子散射大，界面热阻大，进而导致沿片层方向的热导低；且石墨烯泡沫经还原后，原有的定向排布会被破坏，降低热导率等问题，本发明提供一种高定向石墨烯散热薄膜的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

1)配制氧化石墨烯分散液；

2)氧化石墨烯的高定向处理；

3)冷冻干燥：得到氧化石墨烯泡沫；

4)水合肼还原：将步骤4)得到的氧化石墨烯泡沫用水合肼还原得石墨烯泡沫；