[发明专利]一种高导热的石墨烯厚膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热石墨烯厚膜及其制备方法。将氧化石墨烯膜表面均匀喷涂一层液体，表面溶胀后将多张氧化石墨烯膜粘结在一起，待其干燥后氧化石墨烯膜可通过粘结界面处的作用力实现自粘结，通过进一步低温热压使得每层氧化石墨烯膜之间粘结更加紧实，最终经过低温加热预还原，高温高压热处理修复缺陷即可得到高导热的石墨烯复合膜。该高导热的石墨烯复合的厚度大于50μm，面向热导率为1000～2000W/mK，在高频率高热流密度器件中有较大的使用前景。

技术领域

本发明涉及新型导热材料及方法，尤其涉及一种高导热的石墨烯厚膜及其制备方法。

背景技术

2010年，英国曼彻斯特大学的两位教授Andre GeiM和Konstantin Novoselov因为首次成功分离出稳定的石墨烯获得诺贝尔物理学奖，掀起了全世界对石墨烯研究的热潮。石墨烯(Graphene)，又称单层石墨，一种由碳原子组成的平面薄膜，自石墨材料中剥离，只有一个碳原子的厚度，是由单层碳原子呈蜂巢晶格排列形成的二维材料。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键(carbon-carbon bond)仅为石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×10⁵cM²/Vs)，突出的导热性能(5000W/(MK)，超常的比表面积(2630M²/g)，其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)。同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点，而其良好的机械性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。

宏观组装氧化石墨烯或者石墨烯纳米片的石墨烯膜是纳米级石墨烯的主要应用形式，常用的制备方法是抽滤法、刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法等。通过进一步的高温处理，能够修补石墨烯的缺陷，能够有效的提高石墨烯膜的导电性和热导性，可以广泛应用于智能手机、智能随身硬件、平板电脑、笔记本电脑等高散热需求随身电子设备中去。

但是目前，高导热的宏观组装石墨烯膜通常厚度为5μm～30μm，而厚度在几百微米以上的石墨烯厚膜或者石墨烯块材由于其中的石墨烯片层间距偏大或不均匀等问题，其面向导热率通常仅为400～800W/mK。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高导热的石墨烯厚膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高导热的石墨烯厚膜，所制备的石墨烯厚膜的厚度大于50μm，孔隙率为5～40％；石墨烯片层褶皱密度控制在50-500mm/mm²,且石墨烯片的缺陷少，其ID/TG＜0.02，面向热导率为1000～2000W/mK。石墨烯厚膜无分层现象，任意两个相邻的石墨烯片的片层间距小于20nm。

进一步地，所述制备方法包含如下步骤：

(1)将平均尺寸大于50μm的氧化石墨烯配制成浓度为1～20mg/mL氧化石墨烯水溶液，溶液成膜后自然晾干，得到氧化石墨烯膜。

(2)多张氧化石墨烯膜进行复合，具体为：在氧化石墨烯膜表面进行均匀喷涂液体，使之表面溶胀，然后将多张氧化石墨烯膜沿厚度方向粘接在一起。

(3)将粘接后的氧化石墨烯复合膜放置在烘箱烘干，烘箱的温度低于40℃。