[发明专利]一种复合石墨膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合石墨膜及其制备方法和应用，包括：制备由纳米金刚石和聚酰亚胺形成的聚酰亚胺复合薄膜；在惰性气体保护下，进行碳化和石墨化处理，然后去除石墨纸，得到由纳米金刚石和聚酰亚胺形成的复合石墨膜。在碳化和石墨化过程中，纳米金刚石作为晶核促进聚酰亚胺的碳化和石墨化，提高石墨化度和碳化产率，从而提高复合碳膜的导热性能、导电性。

技术领域

本发明属于石墨膜领域，具体涉及一种由纳米金刚石和聚酰亚胺形成的复合石墨膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子产品不断向着精密化、精准化以及节能的方向发展，对组成电子产品的电子器件的要求也不断提高。高定向层状结构的石墨由于具有良好的导热性、导电性，而被广泛应用在电子器件上。传统制备高定向结构的石墨的方法是由热解碳在应力作用下高温热解得到，由该种方法制备的高定向结构的石墨称作高定向热解石墨。但是上述制备工艺较为复杂，使得具有高定向结构的石墨价格高昂，大大的限制了其应用。为了克服上述问题，人们经过数次尝试和长时间的研究探索，最终发现聚酰亚胺(PI)在惰性气体保护下，经高温碳化和石墨化处理后所得的石墨与高定向热解碳石墨结构一样，具有良好的定向结层状结构。采用聚酰亚胺制备具有高定向石墨极大的简化制备工艺，节约了成本，大大的降低了高定向石墨的成本。但是采用聚酰亚胺制得的高定向石墨存在着一定的缺陷，例如其在碳化或石墨化过程中容易发生卷曲，导致最终产品脆性大，同时还存在着碳化程度低、断裂强度差、导热和导电性差的缺陷，这些问题极大的限制了其应用。

为此，中国专利CN103011141A一种高导热石墨膜的制造方法，该制造方法中公开了采用聚酰亚胺薄膜作为原材料，将聚酰亚胺薄膜和石墨纸切割成固定尺寸，将切割成规定尺寸的聚酰亚胺薄膜层层叠放成确定高度，在每一层聚酰亚胺薄膜之间加入石墨纸；将间隔有石墨纸交叉层叠后聚酰亚胺薄膜放入碳化炉中，在惰性气体保护下，分别在1000-1400℃下，以及2500-3000℃下进行碳化和石墨化，得到高导热的石墨膜。上述技术通过在聚酰亚胺薄膜之间叠加石墨纸，增强了石墨膜的抗弯曲性能，降低了石墨膜的脆性，但是对石墨膜的碳化程度、断裂强度、导电性和导热性并没有改进。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的有聚酰亚胺制备导电性和导热性差的缺陷，从而提供一种复合石墨膜及其制备方法和应用；

本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有技术中的聚酰亚胺石墨膜的碳化程度以及断裂强度低的缺陷，从而提供一种复合石墨膜及其制备方法和应用。

一种复合石墨膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备由纳米金刚石和聚酰亚胺形成的聚酰亚胺复合薄膜(纳米金刚石/聚酰亚胺复合薄膜)；

(2)将所述聚酰亚胺复合薄膜置于两张石墨纸之间，在惰性气体保护下，进行碳化和石墨化处理，然后去除所述石墨纸，得到由纳米金刚石和聚酰亚胺形成的复合石墨膜。

优选的是，所述的制备方法中，所述步骤(1)中，

将纳米金刚石分散于有机溶剂中，形成纳米金刚石悬浮液；

在惰性气体保护下，向所述金刚石悬浮液液中加入4,4’-二氨基二苯醚，在搅拌状态下，分多次加入均苯四甲酸酐，在-10-10℃下进行原位聚合反应，得到含有纳米金刚石的聚酰胺酸溶液；

将所述聚酰胺酸溶液制成薄膜，对所述薄膜进行热亚胺化处理，得到所述聚酰亚胺复合薄膜。

优选的是，所述的制备方法中，所述有机溶剂为非质子极性有机溶剂。

优选的是，所述的制备方法中，所述4,4’-二氨基二苯醚与所述均苯四甲酸二酐的摩尔比为1:(1-1.5)。

优选的是，所述的制备方法中，在所述聚酰胺酸溶液中，所述纳米金刚石的含量为所述4,4’-二氨基二苯醚与所述均苯四甲酸二酐质量之和的0.1wt％-10wt％；