CN105505334B - 一种石墨烯散热体、制备方法及其应用 - Google Patents

一种石墨烯散热体、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯散热体，包括以下重量份数的组分：石墨烯35‑45份、三聚氰胺50‑60份、甲醛35‑40份、纸浆5‑10份及脱模剂2‑8份；本发明又公开了一种石墨烯散热体的制备方法，包括以下步骤：步骤一、称取上述重量份数的三聚氰胺及纸浆，加入重量100份的质量分数为35‑40%的甲醛后，充分混合，60‑80℃烘干，制得混合絮状物；步骤二、将所述混合絮状物，粉碎成200‑300目颗粒状，制得混合颗粒物；步骤三、称取上述重量份数的石墨烯及硅油，加入到所述混合颗粒物中，混合均匀后，加入到模具中压铸成型，压铸温度为150‑170℃，时间30‑90秒，冷却，制得成品；本发明还公开了一种石墨烯散热体的应用，应用于LED外壳及荧光屏背后散热端。本发明工艺简单，制得的散热体散热效果佳。

Description

一种石墨烯散热体、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及石墨烯的技术领域，尤其涉及一种石墨烯散热体、制备方法及其应用。
背景技术
石墨烯，是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。；用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍；石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透，使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板；作为目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
申请公布号为CN 104761937 A的发明专利申请，公开了一种石墨烯散热涂料及其制备方法、气体绝缘开关设备，其中石墨烯散热涂料的各组分质量份数组成为：石墨烯 9-12 份，纯聚脂树脂 30-40 份，固化剂 18-21 份，稀释剂21-25 份，填料 8-16 份。将制得的石墨烯散热涂料采用常规涂覆方式进行涂覆，将所述的石墨烯散热涂料均匀的涂覆在气体绝缘开关设备的发热零部件表面。涂层膜厚为 20-60 微米，再经过在200℃-230℃固化30分钟。这种涂覆石墨烯散热涂料的气体绝缘开关设备具有优异的散热性能，散热降温明显，并且制备工艺简单。
申请公布号为CN 103895277 A的发明专利申请，公开了一种石墨膜/导热硅胶/石墨烯复合散热片及其制备方法，该复合散热片由石墨膜、导热硅胶以及石墨烯层通过复卷机进行复合成型，具有高导热性和高抗拉强度；该复合散热片在三维方向上均有极高的导热系数，能快速把集中于一点上的热传导到复合片上，使电子装置中的热源温度降低，同时具有良好的柔韧性、可加工性、EMI屏蔽和吸收特性；并且制备工艺简易、成本低，适于工业化生产。
申请公布号为CN 103663444 A的发明专利申请，公开了一种散热用石墨烯复合膜及其制备方法，通过预先在多层高分子薄膜表面涂覆石墨烯浆料，并将涂布好的高分子薄膜层叠放置烘烤，借助高温炭化和石墨化，利用石墨烯在炭化及石墨化过程中的诱导形核作用，降低炭化、石墨化温度及时间的同时制备出高散热效率的石墨烯复合膜。通过本发明的方法制备的散热用石墨烯复合膜材料与市场上同类石墨膜散热材料相比，其制备温度较低、成型时间较快、耗能较低，并能很好地应用于高发热量的电子器件、LED灯具以及液晶显示屏产品中，对现有的膜散热材料具有较好的替代性。
在现有技术产品中，石墨烯均是以涂料及膜等形式覆盖于散热体的表面，但是这种散热方式效率不高，散热效果有限，且现有技术生产工艺，工艺复杂，难以适应规模化的生产需要。
有鉴于此，本发明人研究和设计了一种石墨烯散热体、制备方法及其应用，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯散热体、制备方法及其应用，以解决现有技术产品散热效果不佳，制备工艺复杂的技术问题。
为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种石墨烯散热体，包括以下重量份数的组分：石墨烯35-45份、三聚氰胺50-60份、甲醛35-40份、纸浆5-10份及脱模剂2-8份。
作为实施例的优选方式，所述石墨烯40份、所述三聚氰胺55份、所述甲醛37份、所述纸浆8份及所述脱模剂5份。
作为实施例的优选方式，所述脱模剂为硅油。
一种石墨烯散热体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取上述重量份数的三聚氰胺及纸浆，加入重量100份的质量分数为35-40%的甲醛后，充分混合，60-80℃烘干，制得混合絮状物；
步骤二、将所述混合絮状物，粉碎成200-300目颗粒状，制得混合颗粒物；
步骤三、称取上述重量份数的石墨烯及硅油，加入到所述混合颗粒物中，混合均匀后，加入到模具中压铸成型，压铸温度为150-170℃，时间30-90秒，冷却，制得成品。
作为实施例的优选方式，所述步骤三中，压铸温度为160℃，时间50-60秒。
作为实施例的优选方式，所述石墨烯层数为1-3层。
作为实施例的优选方式，所述石墨烯层数为2层。
一种石墨烯散热体的应用，应用于LED外壳及荧光屏背后散热端。
采用本发明制备方法制得的石墨烯散热体，具有以下有益效果：
1.散热体采用石墨烯压铸成型，因此，产品从里到外整体都含有石墨烯组分，相对于传统的涂膜或涂层覆盖的形式，散热效果大大提高。
2.采用纸浆作为载体，纸浆中含有丰富的纤维，可以固着三聚氰胺及石墨烯粉末状颗粒，纸浆廉价易得，大大降低了生产成本。
3.采用三聚氰胺作为分散剂，使得采用压铸法时，成品更容易分散展开，便于成型。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式以对本发明作进一步说明，如图1所示，为本发明的工艺流程图。
实施例1
一种石墨烯散热体，包括以下重量份数的组分：石墨烯35份、三聚氰胺50份、甲醛35份、纸浆5份及硅油2份。
一种石墨烯散热体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取上述重量份数的三聚氰胺及纸浆，加入重量100份的质量分数为35%的甲醛后，充分混合，80℃烘干，制得混合絮状物；
步骤二、将所述混合絮状物，粉碎成200目颗粒状，制得混合颗粒物；
步骤三、称取上述重量份数的石墨烯及硅油，加入到所述混合颗粒物中，混合均匀后，加入到荧光屏背后散热端模具中压铸成型，压铸温度为170℃，时间30秒，冷却，制得荧光屏背后散热端成品。
作为实施例的优选方式，所述石墨烯层数为2层。
采用本实施例1制得的石墨烯荧光屏背后散热端的热辐射放射率97%，有效降低了荧光屏背后的温度，散热降温效果明显。
实施例2
一种石墨烯散热体，包括以下重量份数的组分：石墨烯40份、三聚氰胺55份、甲醛37份、纸浆8份及硅油5份。
一种石墨烯散热体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取上述重量份数的三聚氰胺及纸浆，加入重量100份的质量分数为37%的甲醛后，充分混合，80℃烘干，制得混合絮状物；
步骤二、将所述混合絮状物，粉碎成250目颗粒状，制得混合颗粒物；
步骤三、称取上述重量份数的石墨烯及硅油，加入到所述混合颗粒物中，混合均匀后，加入到LED外壳模具中压铸成型，压铸温度为160℃，时间60秒，冷却，制得LED外壳成品。
作为实施例的优选方式，所述石墨烯层数为2层。
采用本实施例2制得的石墨烯LED外壳的热辐射放射率99%，有效降低了LED内部的温度，散热降温效果明显。
实施例3
一种石墨烯散热体，包括以下重量份数的组分：石墨烯45份、三聚氰胺60份、甲醛40份、纸浆10份及硅油8份。
一种石墨烯散热体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取上述重量份数的三聚氰胺及纸浆，加入重量100份的质量分数为40%的甲醛后，充分混合，80℃烘干，制得混合絮状物；
步骤二、将所述混合絮状物，粉碎成300目颗粒状，制得混合颗粒物；
步骤三、称取上述重量份数的石墨烯及硅油，加入到所述混合颗粒物中，混合均匀后，加入到LED外壳模具中压铸成型，压铸温度为150℃，时间90秒，冷却，制得LED外壳成品。
作为实施例的优选方式，所述石墨烯层数为2层。
采用本实施例3制得的石墨烯LED外壳的热辐射放射率98%，有效降低了LED内部的温度，散热降温效果明显。
本发明进行了进行了性能测试，测试结果如表1：
表1 本发明性能测试结果
由表1可知，本发明的散热材料具有优异的传导率，为铜的4倍，铝的7倍；质量轻，密度为2.1-2.3 g/cm2；具有高柔软度且容易裁切成型，低热阻的特性。
为了更好说明本发明散热体的散热效果，在同一条件下，选取2瓦热源，对铝质散热片和本发明石墨烯散热体进行测试，在常温下测试获得的数据如下表2所示：
表2本发明与铝质散热片的散热效果对比
规格 铝质散热片 实施例1 实施例2 实施例3
功率（W） 2 2 2 2
环境温度（℃） 28 27.5 29.5 28.5
热平衡温度（℃） 68 52.5 51.3 53.2
MOS管上升温度 40 25 21.8 24.7
平均值 40 24.5 22 23.8
降幅温度（℃） -- 15.5 18 16.2
从上表的数据对比可知，本发明的石墨烯散热体可以明显地降低温度，具有很好的散热效果。
本领域的普通技术人员能从本发明公开内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种石墨烯散热体，其特征在于：包括以下重量份数的组分：石墨烯35-45份、三聚氰胺50-60份、甲醛35-40份、纸浆5-10份及脱模剂2-8份。
2.如权利要求1所述的一种石墨烯散热体，其特征在于：所述石墨烯40份、所述三聚氰胺55份、所述甲醛37份、所述纸浆8份及所述脱模剂5份。
3.如权利要求1所述的一种石墨烯散热体，其特征在于：所述脱模剂为硅油。
4.一种如权利要求1-3所述的石墨烯散热体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、称取上述重量份数的三聚氰胺及纸浆，加入重量100份的质量分数为35-40%的甲醛后，充分混合，60-80℃烘干，制得混合絮状物；
步骤二、将所述混合絮状物，粉碎成200-300目颗粒状，制得混合颗粒物；
步骤三、称取上述重量份数的石墨烯及硅油，加入到所述混合颗粒物中，混合均匀后，加入到模具中压铸成型，压铸温度为150-170℃，时间30-90秒，冷却，制得成品。
5.如权利要求4所述的一种石墨烯散热体的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，压铸温度为160℃，时间50-60秒。
6.如权利要求4所述的一种石墨烯散热体的制备方法，其特征在于：所述石墨烯层数为1-3层。
7.如权利要求4所述的一种石墨烯散热体的制备方法，其特征在于：所述石墨烯层数为2层。
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