CN106079693B - 一种石墨烯‑金属复合片材及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯‑金属复合片材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于导热材料领域，具体涉及一种石墨烯‐金属复合片材及其制备方法。该石墨烯‐金属复合片材包括石墨烯层、胶黏剂层和金属层，石墨烯层通过胶黏剂层设置在金属层一侧的端面上，为单面金属的石墨烯‐金属复合片材；或者石墨烯层的上下端面上各设有一层胶黏剂，两层金属层分别设置在石墨烯层的上下端面上设置胶黏剂层另一端面上，为双面金属的石墨烯‐金属复合片材。本发明将纯石墨烯粉体与金属复合使其既具备优良的导热性能又具有很好的可加工性。该材料可用于手机散热膜、LED散热、电脑散热等，散热性能优于纯金属与其他散热材料，并且具有可裁切性能与很好的柔韧性。该材料的生产工艺简单、节能环保、应用性强、可大规模生产。

Description

一种石墨烯-金属复合片材及其制备方法
技术领域
本发明属于导热材料领域，具体涉及一种石墨烯‐金属复合片材及其制备方法。
技术背景
石墨烯在热力学方面表现出了其优异的性能，自从其诞生的那一刻起，对于单层石墨烯导热率的测量问题就一直备受人们的关注。从分子物理学的角度对单层的碳原子进行声子传播的模拟，得到的石墨烯平均导热率为6000W/(m·K)，在实验室中用3Ω法测得的石墨烯导热率也高达(5000‐5500)W/(m·K)，而自然界中高效导热材料铜的导热率为386.4W/(m.k)，银的导热率为429W/(m·K)，金刚石为1300‐2400W/(m·K)。可见，石墨烯的发现以及对其导热系数的测定，在传热学界引起了很大的震动。石墨烯作为目前世界上已知材料中导热性能最好的材料，代表着整个传热学科和传热领域的未来。目前，对石墨烯的研究仍然在如火如荼的进行当中，人们通过对其结构、性能、制备等方面的深入探讨，直接推动了石墨烯量产时代的到来，那时利用石墨烯的超高强度和韧性、超高的导电和导热性能做出来的产品必然能够带来一次新的技术革命。
一般的石墨烯导热材料都是加入树脂或聚合物来提高其附着力、成膜性使其更加实用，但是加入树脂或者聚合物会降低石墨烯的导热性能。本发明采用了纯石墨烯粉不加任何树脂或聚合物将其与金属滚压的方式制备石墨烯‐金属复合材料，因为石墨烯层不含其他物质，最大限度的提高了石墨烯‐金属片材的热性能，同时金属层又赋予该导热材料好的韧性和可加工性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明目的是提供一种采用了纯石墨烯粉不加任何树脂或聚合物将其与金属滚压的方式制备石墨烯‐金属复合材料，因为石墨烯层不含其他物质，极大限度的提高了石墨烯‐金属片材的热性能，同时金属层又赋予该导热材料好的韧性和可加工性。该材料的生产工艺简单、节能环保、应用性强、可大规模工业化生产。
本发明的技术方案是：一种石墨烯‐金属复合片材，该石墨烯‐金属复合片材包括石墨烯层、胶黏剂层和金属层；
其中，所述石墨烯层通过胶黏剂层设置在所述金属层一侧的端面上；或所述石墨烯层的上下端面上各设有一层胶黏剂黏剂层，两层所述金属层分别设置在所述石墨烯层的上下端面上设置胶黏剂层另一端面上。
进一步，所述金属层包括铜、铝、铁、马口铁、银或锡，所述金属层的厚度为15‐500μm。
进一步，所述,胶黏剂层为导热胶黏剂。
进一步，所述石墨烯层为石墨烯粉体；所述石墨烯层厚度为1‐100μm。
进一步，所述石墨烯粉体包括物理剥离石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯，石墨烯的层数为2‐50层，石墨烯的粒径为50‐5000目。
本发明的另一目的是提供上述石墨烯‐金属复合片材的制备工艺，具体包括以下步骤：
步骤1：选取厚度为15‐500μm的金属材料作为金属层，在干净的金属材料表面涂敷一层导热胶作为胶黏剂层，涂敷厚度为2‐50μm，备用；
步骤2：将粒径为50‐5000目的石墨烯粉体置于布粉机的料仓中，用布粉机在经步骤1制备的得到金属材料涂胶的一面均匀石墨烯粉层，使布粉厚度达到30‐500μm，将布粉后的铜箔送入滚压设备，压力200‐600吨，线速度2‐18m/min，将石墨烯层压至厚度为10‐200μm，即得到单面金属的石墨烯‐金属复合片材。
进一步，该方法还包括步骤3：再选取厚度为15‐500μm的金属材料作为金属层，在干净的金属材料表面涂敷一层导热胶作为胶黏剂层，涂敷厚度为2‐50μm，与步骤2制备的石墨烯‐金属复合片材的石墨烯层的另一面粘接然后通过工业设备压合，压力为200‐600吨，线速度是2‐18m/min，制备得到双面金属的石墨烯‐金属复合片材。
进一步，所述石墨烯粉体包括物理剥离石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯，层数为2‐50层。
本发明的有益技术效果：
(1)、利用本发明所述方法将石墨与金属复合导热片层材料，其中石墨烯层为纯石墨烯层，极大的提高了材料的导热性能。与金属复合后相比于普通散热碳材料相比有更好的加工性能(如裁切、弯曲等)。
(2)、本发明所述方法将石墨与金属复合导热片层材料的生产工艺简单、节能环保、应用性强、可大规模生产。
(3)本发明所述方法将石墨与金属复合导热片层材料可根据不同的需求制备不同金属的复合材料，根据实际需求选用单金属层或双金属层材料。
附图说明
图1为单面金属的石墨烯‐金属复合片材结构示意图。
图2为双面金属的石墨烯‐金属复合片材结构示意图。
图中：
1.石墨烯层、2.胶黏剂层、3.金属层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1所示，本发明的单面金属的石墨烯‐金属复合片材结构示意图，该石墨烯‐金属复合片材包括石墨烯层1、胶黏剂层2和金属层3；
其中，石墨烯层1通过胶黏剂层2设置在所述金属层3一侧的端面上。
单面金属的石墨烯‐金属复合片材的制备工艺，具体包括以下步骤：
步骤1：选取厚度为15‐500μm的金属材料作为金属层，在干净的金属材料表面涂敷一层导热胶作为胶黏剂层，涂敷厚度为2‐50μm，备用；
步骤2：将粒径为50‐5000目的石墨烯粉体置于布粉机的料仓中，用布粉机在经步骤1制备的得到金属材料涂胶的一面均匀的布石墨烯粉层，使布粉厚度达到30‐500μm，将布粉后的铜箔送入滚压设备压合，压力200‐600吨，线速度2‐18m/min，将石墨烯层压至厚度为10‐200μm，即得到单面金属的石墨烯‐金属复合片材。
所述金属层3包括铜、铝、铁、马口铁、银或锡，所述金属层3的厚度为15‐500μm。
如图2所示，本发明双面金属的石墨烯‐金属复合片材结构示意图，该石墨烯‐金属复合片材包括一层石墨烯层1、2层胶黏剂层2和2层金属层3；
石墨烯层1的上下端面上各设有一层胶黏剂黏剂层2，两层所述金属层3分别设置在所述石墨烯层1的上下端面上设置胶黏剂层2另一端面上。
双面金属的石墨烯‐金属复合片材的制备工艺，具体包括以下步骤：
步骤1：选取厚度为15‐500μm的金属材料作为金属层，在干净的金属材料表面涂敷一层导热胶作为胶黏剂层，涂敷厚度为2‐50μm，备用；
步骤2：将粒径为50‐5000目的石墨烯粉体置于布粉机的料仓中，用布粉机在经步骤1制备的得到金属材料涂胶的一面均匀的布石墨烯粉层，使布粉厚度达到30‐500μm，将布粉后的材料送入滚压设备，压力200‐600吨，线速度2‐18m/min，将石墨烯层压至厚度为10‐200μm，即得到单面金属的石墨烯‐金属复合片材；
步骤3：再选取厚度为15‐500μm的金属材料作为金属层，在干净的金属材料表面涂敷一层导热胶作为胶黏剂层，涂敷厚度为2‐50μm，与步骤2制备的单面金属的石墨烯‐金属复合片材的石墨烯层的另一面粘接然后通过工业设备压合，压力为200‐600吨，线速度是2‐18m/min制备双面金属的石墨烯‐金属复合片材。
所述金属层3包括铜、铝、铁、马口铁、银或锡，所述金属层3的厚度为15‐500μm。
实施例1
单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材的制备，取厚度为15μm的铜箔，在干净的铜箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为2μm。用布粉机在铜箔涂胶的一面均匀的布一层物理剥离石墨烯(物理剥离石墨烯的层数为2层)，石墨烯粒度为50目，布粉厚度为30μm。将布粉后的铜箔送入滚压设备，压力600吨，线速度18m/min，压至25μm。制备出单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材。
实施例2
双面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材的法制备，取厚度为30μm的铜箔，在干净的铜箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为30μm。用布粉机在铜箔涂胶的一面均匀的布一层还原氧化石墨烯(还原氧化石墨烯的片层为5层)、粒度为50目，布粉厚度为500μm。将布粉后的铜箔送入滚压设备，压力600吨，线速度18m/min，压至230μm。在新的铜箔表面面涂敷一层胶厚度30μm，再次与铜箔附有石墨烯的一面压合，压力600吨，线速度18m/min铜箔厚度为260μm。制备出双面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材。
实施例3
双面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材的胶合法制备，取厚度为15μm的铜箔，在干净的铜箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为20μm。用布粉机在铜箔涂胶的一面均匀的布一层氧化石墨烯(氧化石墨烯的层数为10层)，石墨烯粒度为50目，布粉厚度为200μm。将布粉后的铜箔送入滚压设备，压力400吨，线速度10m/min，压至35μm。取一块新铜箔清洗后再一面涂敷20μm的胶，与之前制备的石墨烯铜箔的石墨烯一面粘接然后通过工业设备压合，压力400吨，线速度10m/min。制备出双面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材。
实施例4
单面马口铁的石墨烯‐马口铁复合片材的制备，取厚度为500μm的铜箔，用丙酮在干净的铜箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为50μm。用布粉机在马口铁涂胶的一面均匀的布一层物理剥离石墨烯(物理剥离石墨烯的片层为10层)，石墨烯粒度为50目，布粉厚度为500μm。将布粉后的铜箔送入滚压设备，压力600吨，线速度2m/min，压至550μm。制备出单面马口铁的石墨烯‐马口铁复合片材。
实施例5
单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合导热材料的制备，取厚度为500μm的铜箔，用丙酮在干净的铜箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为30μm。用布粉机在铜箔涂胶的一面均匀的布一层物理剥离石墨烯(物理剥离石墨烯的层数为20层)，石墨烯粒度为50目，布粉厚度为400μm。将布粉后的铜箔送入滚压设备，压力200吨，线速度2m/min，压至540μm。制备单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材。
实施例6
单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合导热材料的制备，取厚度为50μm的铜箔，用丙酮在干净的铜箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为20μm。用布粉机在铜箔涂胶的一面均匀的布一层氧化石墨烯(氧化石墨烯层数为2层)，石墨烯粒度为5000目，布粉厚度为300μm。将布粉后的铜箔送入滚压设备压力300吨，线速度10m/min，压至100μm。制备出单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材。
实施例7
单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合导热材料的制备，取厚度为50μm的铜箔，用丙酮在干净的铜箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为20μm。用布粉机在铜箔涂胶的一面均匀的布一层氧化石墨烯(氧化石墨烯层数为50层)，石墨烯粒度为5000目，布粉厚度为500μm。将布粉后的铜箔送入滚压设备，压力200吨，线速度8m/min，压至135μm。制备出单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材。
实施例8
单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合导热材料的制备，取厚度为40μm的铜箔，用丙酮在干净的铜箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为10μm。用布粉机在铜箔涂胶的一面均匀的布一层氧化石墨烯(氧化石墨烯层数为25层)，石墨烯粒度为400目，布粉厚度为300μm。将布粉后的铜箔送入滚压设备，压力300吨，线速度10m/min，压至70μm。制备出单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材。
实施例9
单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合导热材料的制备，取厚度为15μm的铜箔，用丙酮在干净的铜箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为40μm。用布粉机在铜箔涂胶的一面均匀的布一层还原氧化石墨烯(还原氧化石墨烯层数为2层)，石墨烯粒度为50目，布粉厚度为400μm。将布粉后的铜箔送入滚压设备，压力600吨，线速度10m/min，压至60μm。制备出单面铜箔的石墨烯‐铜箔复合片材。
实施例10
单面铝箔的石墨烯‐铝箔复合导热材料的制备，取厚度为40μm的铝箔，在干净的铝箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为40μm。用布粉机在铝箔涂胶的一面均匀的布一层还原氧化石墨烯(还原氧化石墨烯层数为30层)，石墨烯粒度为50目，布粉厚度为400μm。将布粉后的铜箔送入滚压设备，压力400吨，线速度10m/min，压至90μm。制备出单面铝箔的石墨烯‐铝箔复合片材。
实施例11
单面锡箔的石墨烯‐锡箔复合导热材料的制备，取厚度为40μm的锡箔，在干净的锡箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为30μm。用布粉机在锡箔涂胶的一面均匀的布一层还原氧化石墨烯(还原氧化石墨烯层数为50层)，石墨烯粒度为50目，布粉厚度为200μm。将布粉后的锡箔送入滚压设备，压力300吨，线速度15m/min，压至60μm。制备出单面锡箔的石墨烯‐锡箔复合片材。
实施例12
单面铁箔的石墨烯‐铁箔复合导热材料的制备，取厚度为30μm的铁箔，干净的铁箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为20μm。用布粉机在铁箔涂胶的一面均匀的布一层物理剥离石墨烯(物理剥离石墨烯的层数为50层)，石墨烯粒度为50目，布粉厚度为300μm。将布粉后的铁箔送入滚压设备，压力300吨，线速度10m/min，压至70μm。制备出单面铁箔的石墨烯‐铁箔复合片材。
实施例13
单面银箔的石墨烯‐银箔复合导热材料的制备，取厚度为10μm的银箔，在干净的银箔表面涂敷一层导热胶，涂敷厚度为10μm。用布粉机在银箔涂胶的一面均匀的布一层物理剥离石墨烯(物理剥离石墨烯的层数为2层)，石墨烯粒度为50目，布粉厚度为200μm。将布粉后的银箔送入滚压设备，压力600吨，线速度10m/min，压至20μm。制备出单面银箔箔的石墨烯‐银箔复合片材。
表1为实施例1‐13所得到石墨烯‐金属复合片材的导热率：
热导率的测试方法为激光闪射法，仪器型号为耐驰LFA467。

Claims (2)

1.一种石墨烯-金属复合片材的制备工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：选取厚度为15-500μm的金属材料作为金属层，在干净的金属材料表面涂敷一层导热胶作为胶黏剂层，涂敷厚度为2-50μm，备用；所述金属层包括铜、铝、铁、马口铁、银或锡。
步骤2：将粒径为50-5000目的石墨烯粉体置于布粉机的料仓中，用布粉机在经步骤1制备的得到金属材料涂胶的一面均匀的布石墨烯粉层，使布粉厚度达到30-500μm，将布粉后的金属材料送入滚压设备进行压合，压力200-600吨，线速度2-18m/min，将石墨烯层压至厚度为10-200μm，即得到单面金属的石墨烯-金属复合片材；所述石墨烯粉体包括物理剥离石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯，石墨烯的层数为2-50层,石墨烯的粒径为50-5000目。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，还包括步骤3：再选取厚度为15-500μm的金属材料作为金属层，在干净的金属材料表面涂敷一层导热胶作为胶黏剂层，涂敷厚度为2-50μm，与步骤2制备的石墨烯-金属复合片材的石墨烯层的另一面粘接然后通过滚压设备压合，压力为200-600吨，线速度是2-18m/min，制备得到双面金属的石墨烯-金属复合片材。
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