[发明专利]一种石墨叠层复合材料及其制备方法

说明书

一种石墨叠层复合材料及其制造方法，所述石墨叠层复合材料包括交互层叠的石墨层与粘结层，所述粘结层包括一维和/或二维导热材料，所述石墨层与粘结层界面形成凹凸结构。多层石墨叠层的热传导依靠粘结剂来传递热量，在粘结层添加一维、二维的导热材料，由于导热材料高度取向，在粘结层与石墨接触界面形成凹凸结构，使石墨片面向(X、Y轴方向)传热在厚度方向(Z轴方向)产生分量，增强界面处热穿透能力提高传热系数。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种石墨叠层复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电子设备继续小型化、轻量化和高性能化，其功率密度增加，并且每单位体积的热量变得更大。伴随的温度升高和散热器与芯片之间的热应力增加将严重影响器件性能、可靠性和寿命。传统的散热手段已经难以满足高功耗器件的散热要求。因此，为了未来高功率密度、高集成度器件的进一步发展，提高电子元器件的散热性能是提高现有零件稳定性和可靠性的关键问题。

石墨膜具有优越的散热特性，天然石墨膜在水平方向即X-Y方向的导热系数为200～600W/m·K，合成石墨膜X-Y方向的导热系数可以达到700～1750W/m·K，远高于传统的导热散热材料，石墨膜可以更快将热量传递出去。石墨膜可以作为散热部件用于搭载在电脑等各种电子设备或者电气设备上的半导体元件及其他发热元件等上，并且能够实现散热部件的小型化、薄型化以及轻量化，不易受重力影响，迄今为止，将不层叠的单张石墨片用作散热部件是行业中的技术常识。但是单层的石墨片热通量低，无法匹配高功耗的要求，必须通过叠层的方式提高厚度，增加热通量。

徐世中等技术人员提出了一种层叠型高导热石墨膜结构，它是以单层天然石墨膜为基材，将合成石墨膜(即叠加石墨膜)分别置于其上下侧，然后用内侧涂覆有压敏胶、厚度在0.5-20.0μm之间的塑料膜包覆在基材石墨膜和叠加石墨膜外围，形成包覆保护层。CN113085294A采用不同厚度规格的有机聚合物预压合然后进行碳化、石墨化进而制成不同厚度可调的石墨片结构。钟纪红等采用天然石墨片涂覆添加SiO₂(二氧化硅)的酚醛树脂粘结剂制作石墨片层状结构，能提高石墨片层的导热能力。由于粘结层的热阻大，添加常规的导热材料只改善粘结层的传热能力，对石墨叠层的热导率提升有限，石墨片的热导率比理论热导率(理论热导率＝石墨片的热导率*石墨片的合计厚度/石墨片与粘结层的层叠体的厚度)仍低很多。

石墨叠层的热导率除了与组成各相的热导率有关，还与导热材料微几何结构、分布，以及粘结层与石墨片的界面形态因素有关，如何改善粘结层与石墨片的界面形态，进而提高叠层石墨片的热导率，目前仍未突破。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种石墨叠层复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种石墨叠层复合材料，所述石墨叠层复合材料包括交互层叠的石墨层与粘结层，所述粘结层包括一维和/或二维导热材料，所述石墨层与粘结层界面形成凹凸结构。凹凸结构能够将石墨片面向(X、Y轴方向)导热能力在厚度方向(Z轴方向)产生分量，提高厚度方向(Z轴方向)的导热系数。

优选的，所述石墨层包括天然石墨片和/或石墨烯片、人工合成石墨片和/或石墨烯片中的一种或多种。更优选的，所述石墨层的导热率为400W/(m·K)以上。更优选为800W/(m·K)以上，进而优选为1300W/(m·K)以上。所述石墨叠层复合材料最外层为石墨层。

优选的，所述粘结层包括热塑性树脂和热固化性树脂中的至少一种。上述两种树脂能够保证粘结层的吸水率。

优选的，所述粘结层的1μm＜厚度＜15μm，含水率为2％以下。粘结层本身导热系数低，粘结层厚度越厚导热越差，但是粘结层厚度越薄，粘结强度越低，影响应用。