[发明专利]一种铜箔‑石墨烯/碳纳米管或铜箔‑石墨烯/碳纳米管‑铜箔导热薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术及散热领域，更具体地，涉及一种铜箔-石墨烯/碳纳米管或铜箔-石墨烯/碳纳米管-铜箔导热薄膜的制备方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，高效导热和散热成为许多领域亟待解决的问题。例如高功率电子设备在运行过程中会产生大量的热量。高度集成的电子器件(如CPU)，其单位体积电子器件在运行过程中的发热量迅速增大的同时，会使系统产生的热量骤增。如果不能及时将热量传导出去，就会导致半导体器件提前老化或是加速电子元件的热机械损坏。因此为了满足人们对高功率，小体积的电子设备产品的需求，迫切需要开发一种质量轻、导热率高的材料。

传统的金属导热材料中，金和银有优良的导热性能，但其高价格让其难以被广泛应用。金属铜也有较好的散热效果，但因其具有密度大、塑造性较差，还容易被氧化而降低性能等局限性，也很难满足目前日益增长的对于高散热材料的要求。另外，在航天领域，小体积设备不仅仅需要导热材料有高的导热率和高温承受能力，还要有良好的热机械性能和较小的密度。

目前许多科学家认识到利用碳材料的特殊结构和性能可以生产出满足上述要求的高导热材料。石墨单晶(002)晶面理论热导率高达2100W m^-1k^-1以上。而且碳材料具有较低的密度、低热膨胀系数、优异的机械性能，是近年来最具发展前景的一类导热材料，因而在能源、通讯、电子、计算技术、激光和空间科学等领域具有广阔的应用前景。但是一般多晶石墨材料的常温热导率仅为70～150W m^-1k^-1，远远不能满足一些特殊场合的需求。

因此，构筑一种高性能低密度的新型结构的导热材料是急迫需要的。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种铜箔-石墨烯/碳纳米管或铜箔-石墨烯/碳纳米管-铜箔导热薄膜的制备方法。该方法制备的两层或三层的导热薄膜具有400W m^-1k^-1以上的热导率，其中通过对反应原料，关键工艺步骤和结构进行改进，实现了新型两层或三层结构导热薄膜的制备。并且，该制备方法工艺简单、操作便捷，反应材料廉价、易得，而且可以大规模生产。

为实现上述目的，本发明提供一种铜箔-石墨烯/碳纳米管或铜箔-石墨烯/碳纳米管-铜箔导热薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)石墨烯/碳纳米管浆料的制备：

a).将包含氧化石墨烯(GO)与碳纳米管的混合溶液进行水热还原反应，然后球磨制备得到石墨烯/碳纳米管浆料；或

b).将包含石墨和分散剂的溶液用机械剥离的方法剥离后，与碳纳米管混合，制备得到石墨烯/碳纳米管浆料；

(2)导热薄膜的制备：将步骤(1)中制备的石墨烯/碳纳米管浆料涂覆在铜箔上，得到铜箔-石墨烯/碳纳米管双层结构；任选地，在所述双层结构的石墨烯/碳纳米管层上复合另一片铜箔，得到铜箔-石墨烯/碳纳米管-铜箔三层结构。

根据本发明，步骤(1)a)中，所述碳纳米管与氧化石墨烯的质量比为0：1到10:1之间。

根据本发明，步骤(1)b)中，所述包含石墨的溶液中还包括分散剂，例如为十二烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠、十六烷基三甲基氯化铵、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠和聚乙二醇中的至少一种。

根据本发明，步骤(1)a)中，所述球磨的时间为1～10h，优选为2～5h，更优选为4h。

根据本发明，步骤(1)a)中，所述氧化石墨烯的浓度为0.01mg/ml-50mg/ml。

根据本发明，步骤(1)a)中，所述反应温度为160℃～200℃，优选为180℃。

根据本发明，步骤(1)a)中，所述反应时间为4～10h，优选为5～8h，更优选为6h、8h。

根据本发明，步骤(2)中，所述涂覆方法包括刷涂法、喷涂法、刮涂法、印刷法等。

根据本发明，步骤(2)中，在所述双层结构的石墨烯/碳纳米管层上复合另一片铜箔，所述复合方法为滚压方法。

本发明还提供一种由上述方法制备得到的双层或三层导热薄膜。

本发明还提供一种铜箔-石墨烯/碳纳米管双层导热薄膜，包括，铜箔和在其上的石墨烯和纳米管混合层。

本发明还提供一种铜箔-石墨烯/碳纳米管-铜箔导热薄膜，包括两层铜箔，和在两层铜箔之间设置有一层石墨烯和碳纳米管的混合层。

本发明的技术方案与现有技术相比，具有以下优点：