CN109863117A - 石墨/石墨烯复合材料、集热体、传热体、散热体及散热系统 - Google Patents

石墨/石墨烯复合材料、集热体、传热体、散热体及散热系统 Download PDF

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Abstract

一种石墨/石墨烯复合材料，其是包含扁平状的石墨粒子和石墨烯集合体而成的石墨/石墨烯复合材料，其中，扁平状的石墨粒子以其基底面重叠的方式，以石墨烯集合体作为粘合剂被层叠，石墨烯集合体是单层或多层的石墨烯堆积而得到的集合体。

Description

石墨/石墨烯复合材料、集热体、传热体、散热体及散热系统
技术领域
本发明涉及石墨/石墨烯复合材料、包含该复合材料而成的集热体、传热体及散热体、以及将该复合材料用于集热体、传热体及散热体中的至少一者中而成的散热系统。
背景技术
计算机等各种电子电气设备中搭载的半导体元件、其它放热部件等的冷却的问题受到关注。作为这样的应该冷却的部件的冷却方法，一般有：在搭载其的设备框体中安装风扇而将该设备框体冷却的方法；通过在该冷却的部件中安装均热片、散热器等热传导体，将来自该元件的热运送到外部而进行冷却的方法等。作为安装于应该冷却的部件中的热传导材料，一直以来使用铝板或铜板等，但近年来，热扩散性优良的石墨(graphite)受到关注。
石墨具有碳原子以层状扩展的结构，在其面内方向具有优良的热传导性。理想的石墨中，面方向的热导率达到2500W/(m·K)，该值为远比铜的热导率398W/(m·K)优良的值。另一方面，具有石墨的厚度方向的热导率只不过为面方向的大概1/400左右的特征。
作为热传导材料使用的石墨以往已知有将聚酰亚胺等规定的高分子进行热处理而得到的石墨(专利文献1)、将对石墨层间化合物进行热处理使其膨胀而得到的膨胀石墨进行轧制、加压成形而得到的石墨等(非专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-109171号公报
非专利文献
非专利文献1：M.Inagaki,K.Muramatsu and Y.Maeda,Synthetic Metals,8(1983)335-342
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在对高分子进行热处理的情况下，虽然具有可得到石墨的面内方向的热导率高达约1600W/(m·K)的材料的特征，但是由于因伴随热处理的从原料的脱气的影响而容易在材料中产生裂缝，因此有难以得到在石墨的层叠方向上厚的材料的缺点。利用该制造方法得到的石墨厚度的上限大概为60μm左右，比其厚的石墨是将薄的材料用胶粘剂层叠而成的。但是，在该情况下，存在热传导性因胶粘剂而受损的课题。
另一方面，在对膨胀石墨进行轧制、加压成形的情况下，虽然具有也能够得到400μm左右的厚的石墨的优点，但是石墨的面内方向的热导率停留在200～600W/(m·K)。即，虽然厚度的自由度比较大，但是有热传导性相对低的缺点。
为了最大限度地有效利用石墨的面内方向的优良的热传导性，需求在石墨结晶的层叠方向上厚的材料，但得不到面内方向的热导率高并且厚的材料。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，进行了深入研究，结果发现，若将扁平状的石墨粒子以石墨烯作为粘合剂进行层叠，则可得到热传导性良好并且层叠方向的厚度也能够自由地调整的材料，并进一步反复进行了研究，从而完成了本发明。
即，本发明涉及：
[1]一种石墨/石墨烯复合材料，其是包含扁平状的石墨粒子和石墨烯集合体而成的石墨/石墨烯复合材料，其中，扁平状的石墨粒子以其基底面重叠的方式以石墨烯集合体作为粘合剂而被层叠，石墨烯集合体为单层或多层的石墨烯堆积而得到的集合体。
[2]根据上述[1]所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，扁平状的石墨粒子的平均粒径为10～1000μm，优选为50～800μm，优选为100～400μm，优选为200～400μm，厚度为1～50μm，优选为1～20μm。
[3]根据上述[1]或[2]所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，石墨烯集合体的平均径为1～1000μm，优选为1～850μm，更优选为1～710μm，进一步优选为1～500μm，厚度小于50μm，优选小于20μm。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，相对于扁平状的石墨粒子与石墨烯集合体的合计质量，扁平状的石墨粒子的质量比为1～99质量％，优选为20～95质量％，优选为40～90质量％。
[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，X射线衍射中的004衍射线的半值宽度(2θ)小于0.3°，优选小于0.25°。
[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，体积密度为1.9g/cm3以上，优选为2.1g/cm3以上。
[7]根据上述[1]～[6]中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，扁平状的石墨粒子层叠的方向的厚度为100μm以上，优选为1mm以上，更优选为10mm以上。
[8]一种石墨/石墨烯复合材料，其在上述[1]～[7]中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料的外表面的全部或一部分赋予了涂敷层。
[9]一种集热体，其包含上述[1]～[8]中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料而成。
[10]一种集热体，其是包含上述[7]所述的石墨/石墨烯复合材料而成的集热体，其是多个柱状的该石墨/石墨烯复合材料被埋入柔软性材料中而得到的结构。
[11]一种传热体，其包含上述[1]～[8]中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料而成。
[12]一种散热体，其包含上述[1]～[8]中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料而成。
[13]根据上述[12]所述的散热体，其中，为了弥补扁平状的石墨粒子的石墨层叠方向的与其它方向相比相对低的热传导性，石墨/石墨烯复合材料是包含石墨/石墨烯复合材料与金属的组合的材料。
[14]一种散热系统，其是包含从放热体吸收热的集热体、从集热体向散热体传递热的传热体及将从传热体接收到的热发散的散热体而成的散热系统，其中，在集热体、传热体及散热体中的至少一者中使用上述[1]～[8]中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料而成。
[15]一种石墨/石墨烯复合材料的制造方法，其是上述[1]～[7]中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料的制造方法，其包括以下工序而成：
(1)将扁平状的石墨粒子与石墨烯集合体混合的工序；
(2)将该混合物填充到模具中，将扁平状的石墨粒子按照其基底面重叠的方式以石墨烯集合体作为粘合剂进行层叠的工序；以及
(3)将该层叠体以扁平状的石墨粒子的层叠方向作为截面出现的方式进行切取加工的工序。
发明效果
根据本发明，能够提供热传导性良好并且能够自由地调整层叠方向的石墨/石墨烯复合材料。因此，能够增厚层叠方向的厚度。
本发明的石墨/石墨烯复合材料可具有结晶性、取向性高的特征。另外，本发明的石墨/石墨烯复合材料可具有弯曲强度高的特征。另外，本发明的石墨/石墨烯复合材料可具有体积密度高的特征。
本发明的石墨/石墨烯复合材料由于面内方向的热传导性良好、并且也能够增厚层叠方向的厚度，因此能够提供充分地有效利用了石墨的面内方向高的热传导性的集热体、传热体、散热体，进而，能够提供由这些集热体、传热体、散热体等构成的散热系统。
附图说明
图1是表示关于比较例1及实施例1～3的石墨/石墨烯复合材料的石墨004衍射线的测定结果的图表。
图2是将实施例3的复合材料的截面使用剖面抛光机SM-09010(日本电子株式会社制)以Ar(氩)离子束精密地切断并利用SEM(扫描型电子显微镜)进行观察而得到的结果。(b)是在与(a)相同的照片中图示出石墨烯集合体的部分的图。
图3是基于表2及表3的结果对于实施例的复合材料及比较例的材料标绘其厚度与表面电阻值的关系而得到的图表。
图4是表示实施例14～16的石墨/石墨烯复合材料的成形中使用的模具(上模、中模、下模)的各俯视图及各正视图、以及在成形时将这些上模、中模及下模组合时的情形的图。
图5是示意性表示表6的散热器的散热特性试验的情形的图。
图6是XZ类型的柱状的石墨/石墨烯复合材料与硅橡胶一体化后的复合体的俯视图、正视图及侧视图。
图7是示意性表示前图的复合体的制造工艺的图。对于1)～8)的各工序，将此时的试样的情形以俯视图及正视图表示。
图8是表示散热系统的具体例((a)～(c))的图。
图9是示意性表示实施例28中的加工方法的图。
图10是示意性表示实施例30的试验的情形的图。
图11是示意性表示实施例31的试验的情形的图。
具体实施方式
以下，对石墨/石墨烯复合材料进行说明，其是包含扁平状的石墨粒子和石墨烯集合体而成的石墨/石墨烯复合材料，扁平状的石墨粒子按照其基底面重叠的方式以石墨烯集合体作为粘合剂而被层叠，石墨烯集合体是单层或多层的石墨烯堆积而得到的集合体。
<石墨粒子>
石墨粒子可以是天然石墨及人造石墨中的任一者，其形态为扁平状，具有基底面和边缘面。在此，所谓基底面是在碳六角网面重复堆积而形成的石墨结晶中出现该碳六角网面的面，所谓边缘面是出现碳六角网面的端部的面。作为这样的石墨粒子，可以使用鳞片状石墨、鳞状石墨、土状石墨、薄片状石墨、集结石墨(kish graphite)、热分解石墨、高取向性热分解石墨(HOPG)等。
所谓扁平状是指在将石墨粒子在模具内一边适当进行真空排气等一边进行层叠时，基底面彼此自然地重叠，碳六角网面的取向方向几乎维持一致的程度地呈扁平状。
石墨粒子的平均粒径优选为10～1000μm，更优选为50～800μm，更优选为100～400μm，更优选为200～400μm。通过使平均粒径在该范围内，具有热扩散常数提高而热导率提高的倾向。另外，石墨粒子的厚度优选为1～50μm，更优选为1～20μm。通过使石墨粒子的厚度在该范围内，具有成形体的取向性提高的倾向。
<石墨烯集合体>
所谓石墨烯集合体是指单层或多层的石墨烯堆积而形成的石墨烯的集合体。在本说明书中，“石墨烯”有时以不仅包含单层的石墨烯、也包含像这样多层的石墨烯的意思使用。在该情况下，所谓多层只要是能够维持由范德华力产生的胶粘性这样的性质则没有特别限定，但通常优选为100层以下，更优选为50层以下，进一步优选为10层以下。
石墨烯集合体例如可以通过将使单层或多层的石墨烯分散于包含低级醇(例如异丙醇)或水而成的溶剂中而得到的石墨烯分散液滴加到滤纸上，一边将溶剂分离一边使其堆积来制备。
石墨烯分散液可以通过各种方法来制备。例如，可以通过如下方法制造：将对石墨层间化合物进行热处理而得到的膨胀石墨浸渍于异丙醇中之后，利用均质器进行破碎处理，进一步通过离心分离将上清液分离。或者，在上述方法中，也可以将作为原料的“膨胀石墨”替换成“将按照包含残留氢的方式煅烧的酚醛树脂粉末等原料填充于石墨容器中，在不活泼气体气氛下，连同该容器一起进行热静水压加压处理而得到的块状的石墨烯块”(WO2011/102473)。或者，也可以将作为原料的“膨胀石墨”设定为“天然石墨粒子(例如可由SEC CARBON株式会社、日本石墨商事株式会社获得的高纯度天然石墨粉末、土状石墨粉末等)”。
石墨烯集合体只要是在与石墨粒子混合时能够将石墨粒子的基底面覆盖的尺寸，则没有特别限定，典型地，其平均径优选为1mm以下，更优选为850μm以下，更优选为710μm以下，进一步优选为500μm以下。在石墨烯集合体的平均径满足上述条件的情况下，存在热传导性变好的倾向。另一方面，对于石墨烯集合体的平均径的下限，没有特别限定，例如，若为1μm以上，则在发挥本发明的效果的方面没有特别障碍。石墨烯集合体的厚度典型地优选小于50μm，更优选小于20μm。在石墨烯集合体的厚度满足上述条件的情况下，存在成形体的接合力提高而强度提高的倾向。对于石墨烯集合体的厚度，下限没有特别限制，通常为0.05μm以上。
<石墨/石墨烯复合材料>
所谓石墨/石墨烯复合材料是扁平状的石墨粒子按照其基底面重叠的方式以石墨烯集合体作为粘合剂进行层叠而成的复合材料。像这样石墨粒子与石墨烯集合体层叠的情形被示于图2中。在此，石墨烯集合体起到利用其强的范德华力将石墨粒子彼此胶粘的粘合剂的作用。另外，通过石墨烯集合体作为粘合剂发挥功能，还可得到石墨/石墨烯复合材料的弯曲强度增加的效果。
该石墨/石墨烯复合材料的特征在于，如由后述制法表明的那样，通过增加层叠量而能够容易地使复合材料的层叠方向的厚度变厚这点。若复合材料的层叠方向的厚度变厚，则通过在传导大量的热时作为与热源接触的面有利的边缘面变宽变大、或热所通过的截面积增大，从而热电阻降低而变得能够运送大量的热。这样的复合材料作为集热体、传热体、散热体等热传导体的材料是极其有利的。石墨/石墨烯复合材料的层叠方向的厚度可以通过调节层叠量而任意地调整，例如，也可以设定为100μm以上、1mm以上、更优选10mm以上这样的厚度。
在石墨/石墨烯复合材料中，石墨与石墨烯集合体的配合比率存在石墨的量越多则热传导率变得越大、结晶性(半值宽度2θ)变得越高、体积密度变得越大的倾向，另一方面，弯曲强度变得越小。若石墨烯集合体的量变多，则相反。石墨与石墨烯集合体的配合比率只要在基于以上倾向的基础上根据用途特性而适当选择即可，没有特别限定，典型地，相对于石墨粒子与石墨烯集合体的合计质量的石墨粒子的质量比优选为1～99质量％，更优选为20～95质量％，进一步优选为40～90重量％。
在石墨/石墨烯复合材料中，半值宽度2θ优选小于0.3°，更优选小于0.25°。通过使半值宽度满足这些条件，存在复合材料的热扩散常数提高而热导率提高的倾向。在此，所谓半值宽度2θ是相当于X射线衍射强度曲线中的峰的50％的高度处的衍射角度2θ的宽度值、相当于结晶的大小、取向性的值。另外，关于弯曲强度，例如，由于天然石墨80％相对于天然石墨100％强度大2倍左右，因此能够基于其来适当调节石墨/石墨烯复合材料的强度。认为这样的弯曲强度的增加是基于石墨烯集合体的粘合力。
在石墨/石墨烯复合材料中，体积密度优选为1.90g/cm3以上，更优选为1.95g/cm3以上，进一步优选为2.00g/cm3以上，进一步优选为2.05以上，进一步优选为2.1g/cm3以上。通过使体积密度满足这些条件，存在热导率提高的倾向。在此，所谓体积密度是由复合材料的实测尺寸计算出的体积和实测的重量计算的值。
<制法>
石墨/石墨烯复合材料可以通过将扁平状的石墨粒子与石墨烯集合体混合后将其成形来制造。
(混合)
混合的方法没有特别限定，可以按照常规方法来实施，例如，可以通过在将石墨粒子与石墨烯集合体以规定的配合比配合后，通过使用球磨机等进行混合来实施。另外，也可以通过在石墨烯集合体的制造过程中以在醇等溶剂中分散有石墨烯的状态下添加石墨粒子并混合，接着将溶剂分离的方法来制造。
(成形)
这样得到的混合物的成形可以通过使用与作为目标物得到的复合材料的形状对应的模具，在其中填充混合物，根据期望施加载荷来实施。通过这样的操作，可得到上述的扁平状的石墨粒子以石墨烯集合体作为粘合剂进行层叠而成的成形体(层叠体)。在该情况下，该模具优选为具备真空吸入机构的模具，进一步优选为在载荷成形时能够施加热而热压那样具备加热机构的模具。作为成形法，可以应用压缩成形、吹胀成形、Engel成形、挤出成形、挤出层压成形、旋转成形、压延成形、注射成形、真空成形、冲压成形、喷射法、涂凝模塑、层叠成形、铸塑法、注入成形、手工堆积成形(手積み成形)、低压成形、传递成形、发泡成形、手糊法、长丝缠绕法、吹塑成形、粉末成形、对模成形、SMC法(片状模塑料，SheetMolding Compound)、T模法等各种成形法。
像这样使用模具等而制成一定的形状的石墨/石墨烯复合材料的成形体(层叠体)可以根据期望如实施例20、24、25中所示的那样，按照扁平状的石墨粒子的层叠方向成为截面的方式进行切取加工(切割加工)而制成期望厚度的成形体。作为这样的厚度，例如没有特别限定，可列举出例如为0.1～500mm、1～200mm。并且，根据这样的切取加工，能够得到使扁平状的石墨粒子的层叠方向出现在截面中、并且石墨及石墨烯以任意的方向和/或任意的厚度取向的成形体。另外，例如，通过预先准备壁厚的块状的层叠体，还能够一次制造100片单位的薄片状体，因此，在该情况下是非常高效的。这样的切取加工可以使用多线切割机等而适当地实施。
在模具具备真空吸入机构的情况下，优选在载荷成形前将模具内的真空度调节为100Pa以下。另外，在模具具备加热机构的情况下，优选在载荷成形前将模具的温度设定为50℃以上。载荷成形时的载荷优选为2～100kN/cm2，更优选为10～30kN/cm2。载荷成形的时间优选为0.5～20分钟，更优选为1～5分钟。
进而，作为石墨/石墨烯复合材料的其它制法，例如也可以通过将对石墨层间化合物进行热处理而得到的膨胀石墨直接成形来制造。这是由于，该膨胀石墨是包含作为石墨/石墨烯复合材料的原料的扁平状的石墨粒子和石墨烯集合体这两者的石墨。该情况下的成形的方法如上所述。
<用途>
这样得到的石墨/石墨烯复合材料由于能够维持石墨结晶的面内方向的优良的热传导性，并且使在快速传导大量的热时作为与热源接触的面有利的边缘面变宽变大，因此，作为集热体、传热体、散热体等热传导体的材料极其有用。
另外，在智能手机、平板PC或HMD(头戴式显示器)、手表型等穿戴式设备等的情况下，需要在限定的空间中设置散热系统，上述石墨/石墨烯复合材料在这些设备中可以适当设计成与树脂、金属、橡胶等框体一体化的结构。另外，上述石墨/石墨烯复合材料也可以设置于如智能手机壳体、平板PC壳体那样与设备分开的壳体等。在与由树脂、金属、橡胶等构成的框体一体化、或者设置于壳体等的情况下，例如，在石墨/石墨烯复合材料的单面吸收内部的热、从相反侧的面辐射等是有效的。作为框体与石墨/石墨烯复合材料的一体化方法，可有效地使用树脂与复合材料的嵌入成形、利用树脂或橡胶等的铸塑的成形、压缩成形等方法。另外，还可以适当实施将石墨/石墨烯复合材料的表面等高强度化、或者涂布绝缘膜的方法。通过在一体化时的树脂或橡胶中、或者涂敷时的涂敷层中添加金属粉、金属纤维、金属晶须、磁性粉末、磁性纤维、磁性晶须、碳粉末、碳纤维、纳米碳材料等，还能够附加屏蔽电磁波的效果。
将这些石墨/石墨烯复合材料的作为热传导体材料的适用例或在使用它们的散热系统中的适用例示于实施例中，但除此以外的适用例也全部在本发明的范围内。
(集热体)
作为石墨/石墨烯复合材料在集热体中的适用，例如，通过按照使该宽且大的石墨的边缘面与热源接触的方式配置，与使基底面接触相比，能够制成可从热源高效地吸收热的集热体。另外，通过附加适度的柔软性，从而集热体的表面追随于放热体的表面的凹凸，其接触面积增大，通过空隙的减少也能够提高传热性能。作为可以为了附加柔软性而使用的柔软性材料，可列举出异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚异丁烯橡胶、乙烯丙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丙烯酸橡胶、氟橡胶、表氯醇橡胶、氨基甲酸酯橡胶、硅橡胶、特氟隆橡胶等橡胶材料，可以将它们单独或组合地适当使用。另外，也可以在橡胶材料中添加石墨烯集合体、金属粒子、金属纤维、碳纤维、氧化铝、氮化铝、碳化硅、氧化锌等热传导性填料来提高柔软材料部的热导率。
(传热体/散热体)
作为石墨/石墨烯复合材料在传热体中的适用，例如，为了弥补石墨的向层叠方向的传热性的不佳，可以制成与热传导性良好的金属(例如铝、铜、镁、金、银、不锈钢、钢铁、锡、软钎料等)的组合材料。作为一个例子，通过将金属埋入本复合材料中，利用该金属补偿向层叠方向的热传导的不佳，并且可以制成有效利用了石墨结晶的向面内方向的优良的热传导性的传热体。将像这样被埋入本复合材料中的金属称为金属制的芯。同样的金属埋入型本复合材料也作为散热体(或散热器)被有效利用。即，通过金属补偿向层叠方向的热传导的不佳，可以制成石墨结晶的向面内方向及层叠方向中的任一方向的传热性均优良的散热体(或散热器)。另外，也可以相反地将本复合材料埋入金属中。需要说明的是，金属的形状可以根据需要选择柱状、球状、纤维状、粒子状等。另外，金属只要制成增强石墨/石墨烯复合材料的强度的结构则对于石墨/石墨烯复合材料的增强也有用。
进而，作为石墨/石墨烯复合材料与金属的组合材料的非限定性具体例，可列举出本复合材料的周围整体被金属包围的状态的材料、在本复合材料的表背胶粘有金属板的形态的材料、在金属板的表面胶粘有规定的形状(例如鳍形状等)的本复合材料的材料、在金属板的表面设置有规定的凹部且在该凹部嵌入有规定的形状(例如鳍形状等)的本复合材料的材料等。需要说明的是，与上述的金属的组合在集热体中也可以同样适用。
(散热系统)
进而，通过使用如上所述使用了本石墨/石墨烯复合材料的集热体、传热体及散热体中的至少一者，可以制成迄今为止所没有的散热性优良的散热系统。在此，所谓散热系统只要是将来自放热体的热通过传导、向空间的辐射、利用气体或液体的对流等而夺去的系统则均符合，例如是也包含冷却系统等的意思。即，也可以是本质上以使热移动作为目的，与冷却元件等组合而将目标部位冷却的冷却系统。
<涂敷层>
石墨/石墨烯复合材料也可以根据目的在其外表面的全部或一部分赋予有涂敷层。作为这样的涂敷层，可列举出例如绝缘膜、耐冲击膜等。
(绝缘膜)
在需要散热系统的电子元件、器件、IT设备中，根据使用的部位，有时需要用于防止电路的短路的绝缘处理。在这样的情况下，可以在石墨/石墨烯复合材料的表面、或使用该石墨/石墨烯复合材料而构成的集热体、传热体、散热体等的表面赋予绝缘膜(绝缘性的涂敷层)。绝缘膜可以制成包含选自该领域中使用的一般的树脂、陶瓷、玻璃等中的1种以上而成的绝缘膜。例如，可以分别单独使用，或者也可以在树脂中配合陶瓷或玻璃等来使用，或者还可以将利用树脂形成的涂敷层与利用陶瓷形成的涂敷层层叠。在该情况下，绝缘膜可以赋予在石墨/石墨烯复合材料的外表面的全部或一部分，例如也可以对与放热体接触的部分实施掩模处理而赋予在与放热部接触的部分以外的表面。另外，为了维持绝缘性、并且提高散热性能，也可以添加辐射率高的黑色的炭黑等。
(耐冲击膜)
在汽车装载的电子部件等中，一般对部件、构件要求充分的耐冲击性。在这样的情况下，可以在石墨/石墨烯复合材料的表面、或使用该石墨/石墨烯复合材料而构成的集热体、传热体、散热体等的表面使用该领域中使用的一般的树脂而赋予耐冲击膜(耐冲击性的涂敷层)。耐冲击膜可以制成包含选自该领域中使用的一般的树脂、陶瓷、玻璃及金属等中的1种以上而成的膜。例如，可以分别单独使用，或者也可以在树脂中配合陶瓷或玻璃等来使用，或者也可以将利用树脂形成的涂敷层与利用陶瓷形成的涂敷层层叠。在该情况下，耐冲击膜可以赋予在石墨/石墨烯复合材料的外表面的全部或一部分，这与上述绝缘膜的情况同样。
作为绝缘膜或耐冲击膜中使用的树脂，可以使用该领域中通常使用的一般的树脂中的任一者，作为这样的树脂，可列举出例如酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、脲树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、热固化性聚酰亚胺树脂等热固化性树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯、聚氯乙烯树脂、聚偏氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚醋酸乙烯酯树脂、特氟隆树脂、ABS树脂、AS树脂、丙烯酸树脂等热塑性树脂、聚酰胺、尼龙、聚缩醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等工程树脂等。作为陶瓷，可以使用该领域中使用的一般的陶瓷中的任一者，对于玻璃及金属也同样。作为金属，特别优选热传导性良好的金属(例如铝、铜、镁、金、银、不锈钢、钢铁、锡、软钎料等)。
(涂敷)
作为涂敷方法，例如在涂敷树脂的情况下，可列举出制作使树脂混合于水、醇、稀释剂(thinner)等溶剂中而得到的涂敷液，使用该涂敷液通过浸渍涂、棒涂、喷涂等通用的方法进行涂敷。另外，也可以在该涂敷液中根据需要进一步一起混合玻璃或陶瓷等。通过在树脂中并用陶瓷或玻璃，可以得到绝缘性更高的膜或耐冲击性更高的膜。或者，在将树脂与陶瓷并用的情况下，例如，也可以通过将树脂膜与陶瓷膜组合使用，将其胶粘于外表面并使其层叠来进行涂敷。另一方面，在使用陶瓷、玻璃、金属等的情况下，作为该涂敷法，可以使用该领域中通常使用的方法。例如，溅射、化学气相沉积(CVD)、离子镀、喷镀、蒸镀等包含于这样的涂敷法中。
实施例
基于实施例对本发明进行说明，但本发明并不仅限于实施例。需要说明的是，本石墨/石墨烯复合材料的优良的热传导性基于众所周知的石墨的性质是明显的，由于热传导率本身的测定困难，因此，以下，在实施例中，通过测定表面电阻值(导电性)，作为热传导性的指标。
<使用的材料>
石墨硫酸层间化合物：EPX-60M(日本石墨商事株式会社制)
天然石墨粒子：将高纯度天然石墨SNO(SEC CARBON株式会社制)分级而得到的石墨粒子
石墨粒子1：调整至平均粒径为50μm、厚度为1～20μm的石墨粒子
石墨粒子2：调整至平均粒径为100μm、厚度为1～20μm的石墨粒子
石墨粒子3：调整至平均粒径为200μm、厚度为1～20μm的石墨粒子
石墨粒子4：调整至平均粒径为400μm、厚度为1～20μm的石墨粒子
石墨粒子5：调整至平均粒径为400μm以上、厚度为1～50μm的石墨粒子(可由日本石墨商事株式会社获得)
GF-1(石墨膜)：PGS石墨片(PGS-17)(松下电器产业株式会社)、厚度为17μm
GF-2(石墨膜)：PGS石墨片(PGS-25)(松下电器产业株式会社)、厚度为25μm
GF-3(石墨膜)：PGS石墨片(PGS-70)(松下电器产业株式会社)、厚度为75μm
GS1-1(石墨片)：eGRAF(SS500)(可由巴工业株式会社获得)、厚度为99μm
GS1-2(石墨片)：eGRAF(SS500)(可由巴工业株式会社获得)、厚度为197μm
GS1-3(石墨片)：eGRAF(SS500)(可由巴工业株式会社获得)、厚度为286μm
GS2-1(石墨片)：eGRAF(SS600)(可由巴工业株式会社获得)、厚度为142μm
GS2-2(石墨片)：eGRAF(SS600)(可由巴工业株式会社获得)、厚度为252μm
GS2-3(石墨片)：eGRAF(SS600)(可由巴工业株式会社获得)、厚度为426μm
<石墨烯集合体的制备>
(石墨烯集合体1)
《石墨烯分散液1》
将石墨硫酸层间化合物200g装填于陶瓷制的坩埚中，投入到将炉内温度设定为800℃的电炉中，保持5分钟，得到在石墨粒子的厚度方向上膨胀至数百倍的膨胀石墨160g。需要说明的是，将所得到的膨胀石墨采集到容积100cm3的铝量杯中，将杯的上部使用外径为10mm的玻璃棒整平，将剩余的膨胀石墨除去，设定为100cm3的容积。接着使用分析用电子天平HTR-80(新光电子株式会社制、分析精度0.1mg)，测定100cm3的膨胀石墨的重量，将该值除以100cm3进行计算，由此测定振实密度，结果为0.028g/cm3。
接着将所得到的膨胀石墨160g在玻璃烧杯中浸渍于异丙醇5000g中后，使用万能均质器(Physcotron NS52、MICROTEC CO.,LTD.制)，以12500rpm的转速进行15分钟×20次破碎处理。在破碎处理物中投入超声波均质器(US300T、日本精机株式会社制)的超声波振荡器，以输出功率70％进行10分钟×20次超声波处理，将膨胀石墨粒子石墨烯化。将所得到的石墨烯溶液分注于离心分离用玻璃管中后，使用离心分离装置(SS2000、株式会社佐久间制作所制)，以转速1000rpm进行10分钟离心分离处理，回收上清液而得到石墨烯分散液1。将所得到的石墨烯分散液50g采集到将表面进行了氧化铝膜处理的铝制杯中，测定在90℃下保持20小时后的固体成分的重量，由分散液的重量比算出固体成分，结果为1.5wt％。
《堆积、粉碎》
在布氏漏斗中装填滤纸(定量滤纸5A、Advantec Toyo Kaisha,Ltd.制)，一边利用吸气器进行减压，一边缓慢地滴加上述中制备的石墨烯分散液1，将石墨烯与异丙醇分离，使石墨烯堆积于滤纸上。将堆积物在室温下进行5小时风干后，在设定为90℃的电炉中干燥8小时，将异丙醇完全除去，得到石墨烯集合体。使用万能粉碎机(M20、亚速旺株式会社制)将干燥后的石墨烯集合体以粉碎时间15分钟粉碎成粗粒。
(石墨烯集合体2)
《石墨烯分散液2》
将酚醛树脂粉末(AIR WATER INC.制的Bellpearl S830)装填于石墨容器中，一边流入2L/分钟的流量的氮气一边以600℃的最高到达温度进行烧成。将烧成后的粉末封入内径80mm×外径95mm、高度为150mm的石墨容器中，使用热静水压加压装置，实施最高到达温度1400℃、最高到达压力190MPa的加压加热处理。在处理后的粉末表面大量地生成2～10μm的形状且厚度为1～2nm的多层石墨烯，得到块状的石墨烯块。将块上的石墨烯块160g在玻璃容器中浸渍于异丙醇5000g中后，使用MICROTEC CO.,LTD.制的万能均质器(商品名：Physcotron NS52)，以12500rpm的转速进行15分钟×5次的破碎处理。
在破碎处理后的处理物中投入日本精机株式会社制的超声波均质器US300T的超声波振荡器，以输出功率70％进行10分钟×3次的超声波处理，从石墨烯块中提取石墨烯。将所得到的石墨烯溶液分注到离心分离用玻璃管中后，使用株式会社佐久间制作所制的离心分离装置SS2000，以转速1000rpm进行10分钟的离心分离处理，回收上清液而得到石墨烯分散液2。将所得到的石墨烯分散液50g采集到将表面进行了氧化铝膜处理的铝制杯中，测定在90℃下保持20小时后的固体成分的重量，由分散液的重量比算出固体成分，结果为0.2wt％。
《堆积、粉碎》
作为原料，使用石墨烯分散液2来代替石墨烯分散液1，除此以外，与石墨烯集合体1的制备同样地处理，得到石墨烯集合体。另外，这样得到的石墨烯集合体同样地粉碎成粗粒。
(石墨烯集合体3)
《石墨烯分散液3》
将天然石墨粒子(日本石墨商事株式会社制)160g在玻璃容器中浸渍于异丙醇5000g中后，投入日本精机株式会社制的超声波均质器US300T的超声波振荡器，以输出功率70％进行10分钟×30次的超声波处理，将石墨粒子石墨烯化。将所得到的石墨烯溶液分注于离心分离用玻璃管中后，使用株式会社佐久间制作所制的离心分离装置SS2000，以转速1000rpm进行10分钟的离心分离处理，回收上清液而得到石墨烯分散液3。将所得到的石墨烯分散液50g采集到将表面进行了氧化铝膜处理的铝制杯中，测定在90℃下保持20小时后的固体成分的重量，由分散液的重量比算出固体成分，结果为0.08wt％。
《堆积、粉碎》
作为原料，使用石墨烯分散液3来代替石墨烯分散液1，除此以外，与石墨烯集合体1的制备同样地处理，得到石墨烯集合体。另外，这样得到的石墨烯集合体同样地粉碎成粗粒。
(石墨烯集合体4～7)
《分级》
在石墨烯集合体的制备中，除了将利用万能粉碎机的粉碎时间由15分钟变更为5分钟以外，与石墨烯集合体1的制法同样地处理，制备了比较粗大的粒子残留的状态的石墨烯集合体(粗粒)。
接着，使用SUS304的材质且网眼尺寸为1mm、850μm、710μm及500μm的各筛，将石墨烯集合体分级为通过各个筛后的平均径小于1mm的石墨烯集合体(石墨烯集合体4)、平均径小于850μm的石墨烯集合体(石墨烯集合体5)、平均径小于710μm的石墨烯集合体(石墨烯集合体6)及平均径小于500μm的石墨烯集合体(石墨烯集合体7)。
比较例1及实施例1～13
按照表1的记载，制备了各样品。
<石墨粒子与石墨烯集合体的混合>
即，将石墨粒子与石墨烯集合体以规定的配合比配合，装填到塑料制的广口瓶中后，通过台式球磨机以240rpm的转速旋转20分钟，充分地混合。
<成形>
将这样得到的混合物0.2～0.3g装填到具有真空吸入机构的外径为14mm的硬币形状成形模具中。将装填后的模具保持在被设定为90℃的SANSHO INDUSTRY CO.,LTD.制的热压机的热板上，将模具预热，同时将模具内进行真空排气。确认模具内的真空度达到20Pa，以45kN的载荷进行规定时间的热压成形。将成形后的试样从模具中取出，将成形体的飞边除去后，对于厚度，利用测定精度为1μm的数显标准外侧千分尺(三丰株式会社制)进行测定，对于外径，利用测定精度为10μm的超级卡尺(三丰株式会社制)进行测定，算出成形体的体积。接着，利用测定精度为1mg的精密电子天平(亚速旺株式会社制)测定成形体的重量，通过将重量除以体积进行计算而算出体积密度。将结果记载于表1中。
<评价>
(表面电阻值)
通过株式会社三菱化学分析科技制的四端子四探针法恒电流施加方式装置(Loresta MCP-T370)测定重量测定后的成形体的表面电阻值。将结果记载于表1中。
(石墨004衍射线的半值宽度)
关于各复合材料的X射线衍射图案，使用理学株式会社制的SmartLab9kW，按照试样的表面的位置变得恒定的方式用玻璃保持器固定，使用CuKα靶，在衍射角(2θ)50～60°的范围内测定石墨的004衍射线。将所测定的X射线衍射图案比较地示于图1中。由所测定的X射线衍射图案测定石墨004衍射线的半值宽度，记载于表1中。
(弯曲强度)
使用安装有Imada Inc.制的弯曲夹具GA5000N的测量支架MX2-2500N，对复合材料缓慢地施加载荷，以数字测力计ZTA-2500N测量施加于试样的最大载荷。由所测定的最大载荷、试样的外部尺寸、厚度计算相当于弯曲强度的最大应力(MPa)。将结果记载于表1中。
天然石墨的比率越增加则弯曲强度变得越低，确认在天然石墨100％与天然石墨80％中存在2倍左右的强度之差。由此认为，石墨烯集合体的粘合力与弯曲强度的强弱有关。
(SEM观察)
将实施例3的复合材料的截面使用剖面抛光机SM-09010(日本电子株式会社制)以Ar离子束精密地切断，进行SEM观察。将结果示于图2中。(a)与(b)为相同的照片，但(b)是在(a)中图示出石墨烯集合体的部分的图。如由它们表明的那样，石墨烯集合体以夹持石墨粒子的形态形成材料的组织，得到将结晶性优良的石墨的大形状粒子在不使用粘合剂成分的情况下以石墨烯胶粘而成的复合结构。
实施例2-1～实施例2-2、实施例3-1～实施例3-5及实施例4-1～实施例4-5
除了将复合材料的厚度设定为表2记载的那样以外，与上述复合材料的制备同样地处理，得到各复合材料。对于各复合材料，按照上述方法，进行评价。将结果记载于表2中。
比较例2-1～比较例2-3、比较例3-1～比较例3-3、比较例4-1～比较例4-3
将市售的石墨膜(上述GF1～GF3)及石墨片(上述GS1-1～GS1-3及GS2-1～GS2-3)以的外径切取，作为比较试样。与实施例同样地测定厚度、外径、重量而算出体积密度。表面电阻值按照上述方法来测定。将结果记载于表3中。
基于表2及表3的结果，对于实施例的复合材料及比较例的材料，标绘出其厚度与表面电阻值的关系，示于图3中。
实施例14～16
按照表4的记载，使用石墨烯集合体1(膨胀石墨)和石墨粒子4(400μm)，得到由表5及图4特定的具有规定的取向性的成形体(即，XY、YZ及ZX的各类型的成形体)。
<石墨粒子与石墨烯集合体的混合>
与上述同样地实施。
<成形>
将这样得到的混合物36g按照表4的记载，与上述同样地处理，成形。但是，作为模具，使用表5及图4中所示的规定的模具(即，XY类型、YZ类型或XZ类型中的任一者。任一类型均由上模、中模及下模这三者构成。)，在这些模具中按照能够将加热用的加热器及模具内设定为20Pa以下的真空度的方式设置真空排气机构。另外，热压时的载荷设定为300kN。进而，将混合物装填于模具中后，使空气式振动器与模具接触，使粒子的取向性提高。
通过上述成形，得到在图4中所示的X方向、Y方向、Z方向的各方向上40mm×40mm的最大尺寸的面的取向分别为XY、YZ、XZ这3种的复合材料(分别为XY复合材料、YZ复合材料、XZ复合材料)。
[表4]
表4
[表5]
表5
模具(上模、中模、下模)及成形体的尺寸(交叉)单位：mm
<散热体(散热器)>
实施例17～19及比较例5
将实施例14的复合材料(XY类型)、实施例15的复合材料(YZ类型)及实施例16的复合材料(XZ类型)分别按照40mm×40mm面成为上部的方式利用热熔胶粘剂固定于石墨制的试样保持器上，使用HEIWA TECHNICA CO.，LTD.制的精细切割装置，在该40mm×40mm面上加工出5条宽度为5mm、深度为5mm的槽而制作散热器。在该情况下，XY类型中的槽沿X方向制成，YZ类型中的槽沿Z方向制成，及XZ类型中的槽沿Z方向制成。另一方面，将铝合金5052机械加工成同一形状而作为比较材。
(散热器的散热特性)
将制作的散热器如图5中所示的那样经由硅橡胶并以一定载荷固定于加热器上，在加热器部分设置热电偶(2)，在散热器上部设置热电偶(1)，以相同的电容量5W进行通电，分别在加热器部及散热器上部处测定放热与散热平衡而温度变得恒定的平衡温度。将结果示于表6中。
[表6]
表6
如上所述，使用了与以往的石墨同样的XY类型的实施例14的复合材料的散热器(实施例17)虽然面内方向的热传导性良好，但是由于厚度方向的热传导性低，因此与使用了作为散热器材料通用地使用的铝的散热器(比较例5)相比，加热器部分的温度高、散热器上部的温度低。即，成为热的流动差、散热特性低的结果。与此相对，使用了XZ类型的实施例15的复合材料的散热器(实施例18)或使用了YZ类型的实施例16的复合材料的散热器(实施例19)成为加热器部分的温度低、与散热器上部的温度差小即热的流动良好、散热特性高的结果。
实施例20
<集热体>
将实施例16的复合材料按照40mm×40mm面(XZ面)成为上部的方式利用热熔胶粘剂固定于石墨制的试样保持器上，使用HEIWA TECHNICA CO.,LTD.制的精细切割装置，将刀刃在Z方向上移动，切取成宽度为10mm、深度为40mm、厚度为10mm的形状。将切取的材料同样地按照XZ面朝上的方式利用热熔胶粘剂固定于石墨制的试样保持器上。
使用刀刃厚度为100μm的金属结合剂金刚石磨石，以100μm间距在X方向上切削，接着在Y方向上也以100μm间距切削，将复合材料切削加工成具有100μm×100μm的正方形的截面的高度为10mm的柱状。接着，按照将该柱状的复合材料包围的方式，设置内部尺寸为45mm×15mm×10mm的铝制的框，在框内将MOMENTIVE JAPAN公司制的液状硅橡胶与固化剂一起铸塑，在80℃下使其固化12小时。在固化后将成形品从铝框中取出，将热熔胶粘剂除去，得到柱状的XZ类型复合材料与硅橡胶一体化后的复合体(图6)。图7中图示出复合体的制造工艺。
将所得到的复合体再次利用热熔胶粘剂固定于石墨制的试样保持器上，使用HEIWA TECHNICA CO.,LTD.制的精细切割装置，以维持XZ面朝上的状态的形态切割加工成宽度为10mm、深度为40mm、厚度为1mm的形状，得到多个柱状的复合材料被埋入硅橡胶中的结构的集热体。
<散热系统>
实施例21
如表7及图8的(a)那样，在10mm×10mm×2mm的陶瓷加热器6与硅橡胶的集热板7的中间夹入热电偶8，通过稳定化电源装置设定为5W的放热量，调查加热时间与加热器温度的关系，结果，由于在加热后28秒时加热器温度达到136℃，因此中止测定。
实施例22及比较例6
如表7及图8的(b)那样，进一步设置16mm×150mm×2mm的传热体9，对加热器6施加1N的恒定载荷，与实施例21同样地进行加热试验，求出加热器温度变得恒定的平衡温度。对于传热体(板)，使用实施例14的复合材料(实施例22)或铜(比较例6)。
实施例23
如表7及图8的(c)那样，进一步设置16mm×40mm×10mm的散热器10，对加热器施加1N的恒定载荷，进行与实施例21同样的加热试验，求出加热器温度变得恒定的平衡温度。对于传热体(板)，使用实施例14的复合材料，对于散热器，使用实施例19的复合材料。
实施例24
作为集热体(板)，将实施例20的集热体切取成10mm×10mm×厚度1mm而使用来代替硅橡胶，除此以外，进行与实施例23同样的加热试验，求出加热器温度变得恒定的平衡温度。
实施例25
作为集热体(板)，使用将实施例16的复合材料按照XY面成为厚度方向的方式切取成10mm×10mm×厚度1mm的材料来代替硅橡胶，除此以外，进行与实施例23同样的加热试验，求出加热器温度变得恒定的平衡温度。
[表7]
表7
实施例26
将液状酚醛树脂(BRL2854、昭和电工株式会社制)100g、导电性炭黑(科琴黑EC300J、Lion Specialty Chemicals Co.,Ltd.)5g、异丙醇100g混合，通过Three-OneMotor搅拌机(BLh1200、亚速旺株式会社制)，以800rpm的转速混合15分钟，制作黑色的涂敷液。将涂敷液通过浸渍涂布法涂敷到与实施例14同样地制作的XY类型的成形体上，得到涂布膜厚为60μm的涂敷层赋予体。该涂敷层赋予体在风干后，进行80℃下2小时、120℃下1小时、180℃下2小时的干燥、固化处理(涂敷层赋予体A)。涂敷层赋予体A的涂敷层为黑色。
实施例27
在与实施例14同样地制作的XY类型的成形体上通过喷枪涂布水溶性聚酯树脂(PLUSCOAT Z221、互应化学工业株式会社制)，制成膜厚为30μm的涂敷层赋予体。涂敷层赋予体在风干后，进行80℃下1小时、120℃下1小时的干燥、固化处理(涂敷层赋予体B)。涂敷层赋予体B的涂敷层为透明。
(绝缘性试验)
使用株式会社三菱化学分析科技制的四端子四探针法恒电流施加方式装置(Loresta UP)，测定实施例26及27中制作的涂敷层赋予体A、涂敷层赋予体B的表面电阻值，结果均显示1×1010Ω/□以上的表面电阻值，确认绝缘性充分。
(落下试验)
对于实施例14的成形体、实施例26的涂敷层赋予体A、实施例27的涂敷层赋予体B，从高度1m的地点，相对于混凝土面使其自由落下，对达到重量减少20％以上的破损状态的落下次数进行比较。得到了实施例14的成形体中为12次、实施例26的涂敷层赋予体A中为100次、实施例27的涂敷层赋予体B中为14次的结果，特别是在涂敷层赋予体A中观察到显著的耐冲击性的改善。
实施例28
(1)复合材料(A)的切取
将实施例14中制作的XY类型的成形体(X方向40mm×Y方向40mm×Z方向10mm)按照成形体的底面成为XY面的方式利用热熔胶粘剂固定于石墨制的试样保持器上。将固定的复合材料使用HEIWA TECHNICA CO.,LTD.制的精细切割装置，切割加工成宽度(Z)为10mm、深度(X)为40mm、厚度(Y)为1mm的形状，制作1片在加工前的坐标轴中在XY方向上、在加工后X方向和厚度方向的Y方向上热传导性优良的复合材料(A)。
(2)复合材料(B)的切取
接着，使石墨制的试样保持器旋转90°，切割加工成宽度(Z)为10mm、深度(Y)为38.5mm、厚度(X)为1mm的形状，制作10片在加工前的坐标轴中在XY方向上、加工后在Y方向和厚度方向的X方向上热传导性优良的复合材料(B)。
(3)复合材料(C)的切取
接着，将成形体加热并从石墨制的试样保持器中取下，用温水将热熔胶粘剂除去后，再次按照YZ面成为底面的方式利用热熔胶粘剂固定于石墨制的试样保持器上。将固定的复合材料使用HEIWA TECHNICA CO.,LTD.制的精细切割装置，切割加工成宽度(X)为20mm、深度(Y)为38.5mm、厚度(Z)为1mm的形状，制作2片在XY方向上热传导性优良的复合材料(C)。
(4)复合材料(D)的切取
接着将成形体加热并从石墨制的试样保持器中取下，用温水将热熔胶粘剂除去后，再次以YZ面作为底面，在与上述(3)的情况相比使Y轴及Z轴旋转10°的状态下利用热熔胶粘剂固定于石墨制的试样保持器上。将固定的复合材料使用HEIWA TECHNICA CO.,LTD.制的精细切割装置进行切割加工，相对于切断面，制作1片XY面倾斜10°的状态的宽度(X)为20mm、深度(Y)为28mm、厚度(Z)为1mm的复合材料(D)。
(5)复合材料(E)的切取
接着将成形体加热并从石墨制的试样保持器中取下，用温水将热熔胶粘剂除去后，再次在以YZ面作为底面、与上述(3)的情况相比使Y轴及Z轴旋转20°的状态下利用热熔胶粘剂固定于石墨制的试样保持器上。将固定的复合材料使用HEIWA TECHNICA CO.,LTD.制的精细切割装置进行切割加工，制作1片XY面相对于切断面倾斜20°的状态的宽度(X)为20mm、深度(Y)为27mm、厚度(Z)为1mm的复合材料(E)。
(6)加工性的评价
在任一切割加工时，均能够在材料没有破坏的情况下以成品率100％进行加工，能够由一个成形体块得到热传导的方向不同的薄厚的复合材料。关于加工方法示于图9中。
实施例29
(1)成形体的制作
使用与实施例14同样的XY用的模具，通过与实施例14同样的方法，制作X方向45mm×Y方向45mm×Z方向40mm的XY类型的成形体。
(2)XY面中的复合材料的切取
将成形体以XZ面为底面并利用热熔胶粘剂固定于玻璃制的试样保持器上。接着，使用多线切割机装置(安永UD150型)，使用线径为150μm的固定金刚石方式的线，在线宽1.5mm、线进给速度300mm/分钟、工件进给速度20mm/小时的加工条件下进行同时切割加工，切取X方向45mm×Y方向45mm×Z方向1.5mm的XY类型的切割品20片。使热熔胶粘剂熔融，用温水洗涤后，进行外观检查，结果无加工裂缝的产生，成品率为100％。由于加工所需要的时间为120分钟，因此每1片的加工时间为将120分钟除以20而得到的6分钟。需要说明的是，经切割加工的复合材料具有面内(XY)的热导率高、厚度方向(Z)的热导率低的热传导的方向性。在此，XYZ的坐标轴设定为与成形时的方向相同而进行了记述。
(3)XZ面中的复合材料的切取
将上述(1)中制作的XY类型的成形体以XY面为底面并利用热熔胶粘剂固定于玻璃制的试样保持器上。接着，使用多线切割机装置(安永UD150型)，使用线径为150μm的固定金刚石方式的线，在线宽1.5mm、线进给速度300mm/分钟、工件进给速度20mm/小时的加工条件下进行同时切割加工，切取X方向45mm×Y方向1.5mm×Z方向40mm的面内由XZ构成的切割品25片。使热熔胶粘剂熔融，用温水洗涤后，进行外观检查，结果无加工裂缝的产生，成品率为100％。由于加工所需要的时间为135分钟，因此每1片的加工时间为将135分钟除以25而得到的5.4分钟。需要说明的是，经切割加工的复合材料具有面内的X方向及厚度方向(Y)的热导率高、厚度方向的Z方向的热导率低的热传导的方向性。在此，XYZ的坐标轴设定为与成形时的方向相同而进行了记述。
(4)YZ面中的复合材料的切取
将上述(1)中制作的XY类型的成形体以XY面为底面，在与上述(2)的情况相比使X轴和Y轴旋转90°的状态下，利用热熔胶粘剂固定于玻璃制的试样保持器上。接着，使用多线切割机装置(安永UD150型)，使用线径为150μm的固定金刚石方式的线，在线宽1.5mm、线进给速度300mm/分钟、工件进给速度20mm/小时的加工条件下进行同时切割加工，切取X方向1.5mm×Y方向45mm×Z方向40mm的面内由YZ构成的切割品25片。使热熔胶粘剂熔融，用温水洗涤后，进行外观检查，结果无加工裂缝的产生，成品率为100％。由于加工所需要的时间为135分钟，因此每1片的加工时间为将135分钟除以25而得到的5.4分钟。需要说明的是，经切割加工的复合材料具有面内的Y方向及厚度方向(X)的热导率高、厚度方向的Z方向的热导率低的热传导的方向性。在此，XYZ的坐标轴设定为与成形时的方向相同而进行了记述。
实施例30
(1)成形体的制作
将石墨烯集合体1设定为2重量％，将石墨粒子5设定为98重量％，将模具内的真空度设定为10Pa以下及将热压时的载荷设定为200kN，除此以外，与实施例14同样地处理，制作X方向40mm×Y方向40mm×Z方向10mm的成形体。
(2)复合材料的切取
将通过上述得到的成形体通过与实施例29(2)同样的方法进行多切割加工，制作X方向40mm×Y方向40mm×Z方向0.5mm的在XY面方向上热传导性优良的薄厚的复合材料。
(3)铝复合板(1)的制作
将热导率为230W/(m·K)、且形状为40mm×40mm×0.2mm的铝合金(A1050)制的薄板使用热传导性胶粘剂胶粘于上述(2)中切取的复合材料的单面上，制作总厚度为0.73mm的铝复合板(1)。
(4)铝复合板(2)的制作
将热导率为230W/(m·K)、且形状为40mm×40mm×0.2mm的铝合金(A1050)制的薄板使用热传导性胶粘剂胶粘于上述(2)中切取的复合材料的两面上，制作总厚度为0.76mm的铝复合板(2)。
(5)评价
对于上述中制作的复合材料、铝复合板(1)及铝复合板(2)和作为比较例的铝合金，通过以下所示的方法，测定弯曲强度及散热特性。将结果示于表8中。
(弯曲强度)
使用安装有Imada Inc.制的弯曲夹具GA5000N的测量支架MX2-2500N，对试样缓慢地施加载荷，用数字测力计ZTA-2500N测量最大载荷。由测定的最大载荷、试样的外部尺寸、厚度计算相当于弯曲强度的最大应力(MPa)。
(散热特性)
通过在10mm×10mm×2mm的陶瓷加热器6与硅橡胶的集热板7的中间夹入热电偶8、进一步将试样13与绝热材料14组合而构成的图10中所示的试验方法，对散热特性进行比较。需要说明的是，载荷固定在5N，另一方面，放热量通过稳定化电源装置分别变化为4W、8W、15W。在各个情况下，测定热电偶所示的温度变得恒定的温度，将其作为加热器平衡温度而供于比较。
[表8]
表8
如表8中所示的那样，上述中制作的复合材料、铝复合板(1)及铝复合板(2)相对于作为比较例的铝合金，显示出优良的散热特性。另外，作为以铝薄板增强了表面及表背面的复合材料的铝复合板(1)及铝复合板(2)的厚度变厚0.2mm，但与没有铝薄板的复合材料相比，散热特性优良，并且弯曲强度也大幅提高。
实施例31
(1)膨胀石墨的制备
使用制备石墨烯集合体(1)时制造的膨胀石墨(振实密度：0.028g/cm3)。
(2)复合体的制作
以与实施例14同样的形式，在Z方向上具有200mm的高度的XY用的模具中，直接投入上述的振实密度为0.028g/cm3的膨胀石墨，在将模具内维持在小于20Pa的真空度的状态下，制作X方向45mm×Y方向45mm×Z方向20mm的形状、且体积密度为0.3g/cm3、0.5g/cm3、0.7g/cm3、0.9g/cm3、1.2g/cm3、1.4g/cm3的6种成形体(成形体1～6)。关于体积密度的调整，由于面积相同，因此按照膨胀石墨的投入量，通过控制模具的压入量即成形体的厚度来调整。另外，气孔率是根据石墨的理论密度(真密度2.26g/cm3)与体积密度的差异，由(理论密度-体积密度)/理论密度计算的值。将制作的成形体的尺寸和体积密度比较地示于表9中。
[表9]
表9
(3)硅橡胶复合体的制作
对于6种成形体，分别按照将各成形体包围的方式，设置内部尺寸为46mm×46mm的铝制的框，在能够抽真空的手套箱内维持在2Pa的真空状态后，在铝框内将MOMENTIVEJAPAN社制的液状硅橡胶与固化剂一起铸塑，保持1小时。接着从手套箱内将铸塑后的试样取出，使用干燥机，在80℃下固化12小时。固化后将成形品从铝框中取出，得到成形为各体积密度的成形体与硅橡胶一体化后的复合体1～6。
(4)复合材料的切取
对于所得到的6种复合体，分别以底面作为XY面并利用热熔胶粘剂固定于石墨制的试样保持器上后，使用HEIWA TECHNICA CO.，LTD.制的精细切割装置，切取成宽度(X)为10mm、深度(Y)为45mm、厚度(Z)为10mm。接着将成形体加热并从石墨制的试样保持器中取下，用温水将热熔胶粘剂除去后，再次切割加工成以XY面作为底面、且宽度(X)为10mm、深度(Z)10mm×厚度(Y)1mm的形状，得到厚度为1mm的6种复合材料1～6。
(5)评价
对于复合材料1～6，通过以下的方法，测定压缩率及热电阻值。结果如表10中记载的那样。
(压缩率的测定)
将各复合体切取成10mm×10mm×1mm的形状后，使用Imada Inc.制的测量支架MX2-2500N，测定对复合体施加7N的载荷时的压缩率。需要说明的是，压缩率以(位移量/无载荷的试样的厚度)×100(％)进行计算。实施例20的集热体也同样地进行测定、比较。
(热电阻值)
将各复合体切取成10mm×10mm×1mm的形状后，如图11中所示的那样，作为集热板而设置于比较例5的铝制散热器与实施例21中使用的10mm×10mm×2mm的陶瓷加热器6之间。对加热器施加5W的电量，通过设置于集热板的表面和背面上的热电偶，在施加了5N的载荷的状态下测定集热板的表背的温度差。由所测定的温度差，利用热电阻值(℃/W)＝(集热板的表背的温度差℃)/施加的电量(W)的计算式算出热电阻值。实施例20的集热体也同样地进行测定、比较。
[表10]
表10
热电阻值小表示相对于热的流动的阻力变低、作为集热体的性能优良。另一方面，集热体设置于热源及散热体之间，将它们的表面的凸凹、微小翘曲等所产生的空间填埋，需要高效地传递热的功能，其柔软性也是重要的性能。在相同的载荷下压缩率大时柔软性高，能够将更大的凸凹填埋，因此表示作为集热体的特性良好。集热板根据散热系统的种类、用途，变得需要压缩率小但热电阻值尽可能低的集热板、热电阻值稍微高但压缩率大的集热板等，需要分别使用适当的集热板。实施例20的集热板具有压缩率小但热电阻值格外低的特征，另一方面，实施例31的集热板具有热电阻值比实施例20高但压缩率格外优良的特征。
符号说明
1 散热器
2 加热器
3 硅橡胶
4 热电偶(1)
5 热电偶(2)
6 加热器
7 集热板
8 热电偶
9 传热体
10 散热器
11 石墨/石墨烯复合材料(XZ类型)
12 硅橡胶
13 试样
14 绝热材料

Claims (15)

1.一种石墨/石墨烯复合材料，是包含扁平状的石墨粒子和石墨烯集合体而成的石墨/石墨烯复合材料，其中，
扁平状的石墨粒子以其基底面重叠的方式，以石墨烯集合体作为粘合剂被层叠，
石墨烯集合体是单层或多层的石墨烯堆积而得到的集合体。
2.根据权利要求1所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，扁平状的石墨粒子的平均粒径为10～1000μm，厚度为1～50μm。
3.根据权利要求1或2所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，石墨烯集合体的平均径为1～1000μm，厚度小于50μm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，相对于扁平状的石墨粒子与石墨烯集合体的合计质量，扁平状的石墨粒子的质量比为1～99质量％。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，X射线衍射中的004衍射线的半值宽度(2θ)小于0.3°。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，所述石墨/石墨烯复合材料的体积密度为1.9g/cm3以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料，其中，扁平状的石墨粒子层叠的方向的厚度为100μm以上。
8.一种石墨/石墨烯复合材料，在权利要求1～7中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料的外表面的全部或一部分赋予了涂敷层。
9.一种集热体，包含权利要求1～8中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料而成。
10.一种集热体，是包含权利要求7所述的石墨/石墨烯复合材料而成的集热体，
是多个柱状的该石墨/石墨烯复合材料埋入柔软性材料中而得到的结构。
11.一种传热体，包含权利要求1～8中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料而成。
12.一种散热体，包含权利要求1～8中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料而成。
13.根据权利要求12所述的散热体，其中，为了弥补扁平状的石墨粒子的石墨层叠方向的与其它方向相比相对低的热传导性，石墨/石墨烯复合材料是包含石墨/石墨烯复合材料与金属的组合的材料。
14.一种散热系统，是包含从放热体吸收热的集热体、从集热体向散热体传递热的传热体及将从传热体接收到的热发散的散热体而成的散热系统，
在集热体、传热体及散热体中的至少一者中使用权利要求1～8中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料。
15.一种石墨/石墨烯复合材料的制造方法，是权利要求1～7中任一项所述的石墨/石墨烯复合材料的制造方法，包括以下工序：
(1)将扁平状的石墨粒子与石墨烯集合体混合的工序；
(2)将该混合物填充到模具中，将扁平状的石墨粒子以其基底面重叠的方式以石墨烯集合体作为粘合剂进行层叠的工序；以及
(3)将该层叠体以扁平状的石墨粒子的层叠方向作为截面出现的方式进行切取加工的工序。
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