[发明专利]一种高导热石墨烯复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于微电子领域，提供了一种高导热石墨烯复合薄膜及其制备方法，包括：将氧化石墨烯和碳纳米管在溶剂中混合均匀，在密封条件下进行水热反应，得到水凝胶；将所述水凝胶进行冷冻干燥，得到气凝胶；将所述气凝胶进行热压，形成薄膜；将所述薄膜进行退火、热处理，即得。本发明的方法能低成本且有效改善碳纳米管的分散，水热反应形成三维的石墨烯和碳纳米管的交联结构。将气凝胶通过热压变成薄膜样品，这种方式制备出的薄膜样品经热处理后，依然保持良好的机械性能。制备的薄膜厚度是几微米到几百微米不等，也是制备厚膜的一种有效方法。经过实验分析，电导率，热导率能有效提升远高于普通方法制备的复合薄膜。

技术领域

本发明属于微电子领域，具体涉及一种高导热石墨烯复合薄膜及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

便携式设备和大功率电子产品的发展产生了严重的散热问题，这严重降低了电子设备的可靠性和使用寿命。大功率设备迫切需要有效的散热来维持稳定的运行，由于薄膜材料表面粗糙，芯片和散热器之间充满了空气，而空气的热导率(0.023W(m K)^-1)非常低。因此，需要填充热界面材料来填补微观间隙以提高散热效率。为了实现这一点，热界面材料除了要求高热导率外，还需要有出色的柔韧性，来匹配表面材料的粗糙度以降低接触热阻。在5G时代，众多设备对热管理的需求变得更加突出。然而，传统的热界面材料不足以满足今天的设备需求，因此急需为集成电路和设备寻找新型热界面材料来增强散热。

石墨烯导热膜通常采用溶液抽滤，涂布，化学气相沉积等制备方法。上述这些方法都是经济有效制备石墨烯薄膜的方法。氧化石墨烯因含有丰富的官能团，容易分散在水中，氧化石墨烯通常在较高温度下被还原成石墨烯，后经石墨化修复晶格缺陷，提升了石墨烯的性能。然而由于石墨烯材料本身的特性，层间仅依靠弱的范德华力连接，石墨烯容易发生滑移并且面外热导率不高。为改善石墨烯的性能，常引入导热填料，增强石墨烯的导热性。最常用的导热填料为碳纳米管，然而碳纳米管极容易发生聚集和团聚，使得材料的性能达不到预期效果甚至会变差，因此实现碳纳米管的有效分散变得至关重要。

实现碳纳米管有效排列的方法有：CVD生长碳纳米管，利用强电场或强磁场实现碳纳米管的有效排列等，这些方法实现碳纳米管分散要求高，工艺繁琐或成本高昂。因此，实现碳纳米管有效分散并和石墨烯进行交联对制备热界面材料至关重要。

专利201710582990.8公开了一种铜箔-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，将水热反应后的水凝胶球磨成浆料涂覆在铜箔上制作而成，但该方法制备的样品的机械性能将受到限制，这是因为球磨过程将严重破坏石墨烯碳纳米管结构和相关交联，使得涂覆制得样品的机械性能较差。该方法的浆料涂覆后将受到张力、温度等因素影响，很难保证样品具有良好的柔韧性。

专利202210644638.3公开了一种超柔韧多功能碳气凝胶及其制备方法，但其制备的是碳气凝胶，气凝胶由于有较大的孔隙率，不利于热传导，这将严重限制其作为热界面材料的应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高导热石墨烯复合薄膜及其制备方法。通过水热反应能有效实现碳纳米管的均匀分散，形成石墨烯片和碳纳米管相互交联的三维结构，通过施加外力将冷冻干燥后的石墨烯-碳纳米管气凝胶压成薄膜，是一种崭新的制备高导热薄膜的方法。制备出的薄膜性能优于传统方法制备的薄膜，薄膜具有良好的柔韧性，经过后续的高温热处理，能有效修复石墨烯缺陷，提升薄膜的电导率和热导率。本发明是一种经济有效制备高导热石墨烯复合薄膜的方法，制备出的薄膜表现出优异的性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种高导热石墨烯复合薄膜的制备方法，包括：