[发明专利]一种高石墨化石墨厚膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高石墨化石墨厚膜及其制备方法，属于石墨厚膜技术领域。本发明先制备纳米片层材料掺杂聚酰亚胺薄膜，再将其依次进行碳化处理和石墨化处理，得到高石墨化石墨厚膜。本发明工艺简单，制备过程中不需要喷涂，实用性强，节约能源，易于实现工业化生产，具有广阔的工业化前景。采用本发明方法制备的石墨厚膜重量轻、且具有柔性，纳米片层材料的引入有助于提高聚酰亚胺厚膜内部的石墨化程度，解决了成品易脆以及内部石墨化不完全等问题，从而提高了成品的导电和导热性能，拓宽了其应用范围。

技术领域

本发明涉及石墨厚膜技术领域，特别是涉及一种高石墨化石墨厚膜及其制备方法。

背景技术

目前中国5G技术发展迅速，技术的兴起使得元器件也随之升级，配套元器件产生的热量越来越大，材料表面的温度也越来越高，如不能及时将热量排出则会影响电子元件的寿命和系统整体的稳定性。

高导热材料作为散热解决方案的重要组成部分，质量轻、柔性强且具有高导热性能的材料具有极大的需求，传统的金属散热材料由于密度大、热膨胀系数高、导热率不够高等缺点，已经很难满足越来越严苛的散热需求。石墨散热片有着质量轻、柔性强、密度小、导热系数高等特点，已被广泛应用于智能元器件等领域，可成功解决各种散热问题。

采用聚酰亚胺作为高残碳率的前驱体，通过碳化石墨化制备的石墨膜材料和碳/碳(C/C)复合材料，是所有材料中可使用温度最高的材料。在5G等特定领域需要导热材料有着极高的导热系数，增加石墨膜的厚度是提升其导热性能的一种有效方法，但厚膜的制备成膜率低，并且在厚度增加的同时，其薄膜需要的石墨化温度更高，从而抑制了材料有序结构的产生，增大了能源消耗。

目前，石墨膜的制备工艺多采用单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和碳纤维等作为原料，但碳纳米管以及碳纤维有着条状微观结构，条状结构易团聚不易分散，在石墨膜的制备过程中，容易导致填料基体内部分散不均匀，易产生石墨膜石墨化不完全等问题。

改良原材料制备工艺、薄膜材料交联、大量添加纳米填料等方式是增强石墨膜导热性能的通用方法，但其操作步骤复杂，效率较低、成本较高。针对上述问题，有必要提出一种高石墨化石墨厚膜的制备方法，以解决现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种高石墨化石墨厚膜及其制备方法，以解决上述现有技术中填料基体内部分散不均匀、石墨膜石墨化不完全等一系列问题，本发明简单易操作，能够提高生产效率、降低能源消耗，制得的成品导电和导热性能好，石墨化程度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种高石墨化石墨厚膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备纳米片层材料掺杂聚酰亚胺薄膜：

方法1：将纳米片层材料和二胺分别加入到有机溶剂中，再将两者混合，继续加入二酐进行反应，将得到的聚酰胺酸溶液涂到载体上，进行干燥和热酰亚胺化处理，得到纳米片层材料掺杂聚酰亚胺薄膜；

方法2：将纳米片层材料和聚酰亚胺材料分别加入到有机溶剂中，再将两者混合，将得到的聚酰亚胺胶液涂到载体上，进行干燥处理，得到纳米片层材料掺杂聚酰亚胺薄膜；

(2)将纳米片层材料掺杂聚酰亚胺薄膜进行碳化处理；

(3)将碳化后的样品进行石墨化处理，得到高石墨化石墨厚膜。

进一步地，所述纳米片层材料为氮化碳纳米片、氮化硼纳米片、石墨烯纳米片、氧化石墨烯纳米片、氧化石墨炔粉末、碳化钛纳米片、乙炔炭黑中的一种；在步骤(1)中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、γ-丁内酯、六甲基磷酰胺、二甲基亚砜、间甲酚中的至少一种。