CN110740623B - 薄层石墨烯/金属复合导热膜材料及其制备方法及金属盐插层石墨烯的制备方法及电子器件 - Google Patents

薄层石墨烯/金属复合导热膜材料及其制备方法及金属盐插层石墨烯的制备方法及电子器件 Download PDF

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Abstract

本申请涉及石墨烯材料领域，具体而言，涉及一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料及其制备方法及金属盐插层石墨烯的制备方法及电子器件。该方法包括将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中，控制气压为0.05～0.2个大气压，加热反应。然后形成浆料。将浆料制成导热膜后对导热膜石墨化处理。插层过程中采用低气压处理，使得仅仅在石墨烯边缘存在插层，石墨烯内部无插层。获得的石墨烯导热膜，在石墨烯片层垂直方向方向存在金属插层，经过高温合金化、石墨化处理后金属盐离子被石墨还原形成金属‑碳合金，将石墨烯片层搭接起来。金属‑碳合金的存在能够改善石墨烯导热膜的垂直方向热导率。

Description

薄层石墨烯/金属复合导热膜材料及其制备方法及金属盐插 层石墨烯的制备方法及电子器件
技术领域
本申请涉及石墨烯材料领域，具体而言，涉及一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料及其制备方法及金属盐插层石墨烯的制备方法及电子器件。
背景技术
随着电子器件产品的高度集成、产品越来越轻薄、产品运行速度越来越快，设备发热现象越来越严重，散热问题成为目前电子器件产品中一个亟待解决的问题。一直以来，铜、铝等传统散热材料被人们广泛接受，并应用在LED、电器开关柜、手机等多个领域，但是，金属材料密度相对较大，热导率仅为200-400w/mk，越来越难以满足轻薄的应用要求。目前，随着5G通讯设备研发的日益成熟和推广工作，对散热材料提出了更高的要求。作为近来纳米科学领域的研究热点，石墨烯是单层碳原子以sp2杂化连接构成的具有六角形蜂巢状晶格结构的新型碳材料，具有许多优异的物理化学性能，尤其是导热性能：常温下单层石墨烯热导率高达5000w/(m*k)，其组成的宏观二维石墨烯薄膜，热导率也可达500-2000w/(m*k)，远高于铜、银、铝等常规的导热材料，并且石墨烯稳定性好，机械强大高，密度低，同时厚度可控，是目前最为理想的电子产品散热材料。
目前市场上已有的碳系高导热材料主要有两种：一种是聚酰亚胺(PI)膜石墨化之后所形成的高导热碳纸，这种导热材料热导率可达900-1800w/mk，但是其原材料价格高昂、采购量受限，并且PI石墨膜厚度一般较薄，虽然材料热导率较高，但是整体散热效果需要提高；另一种主要是以氧化石墨烯为主，氧化石墨烯具有非常好的分散性，将其分散在溶液中，可以形成定向良好的石墨烯膜，石墨烯厚度可控，通过高温(3000℃以上)高压石墨化过程，可以修复氧化石墨烯的缺陷，实现高导热的石墨烯膜，热导率可以达到800-1500w/mk。但是氧化石墨烯制备过程中，需要消耗大量的酸和强氧化剂，对环境影响非常大，环保性低，成本也相对较高，后期为了修复石墨烯片层内的缺陷问题，需要非常高的温度，氧化石墨烯制备的导热膜成本相对较高。这两种方法所形成的高导热膜都存在水平热导率高，垂直方向热导率不高于20W/mK的缺点，在热量传导过程中，水平方向能够很快将热量传输出去，但是垂直方向会阻碍热量的传输，使得热量传输存在一定阻碍。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料及其制备方法及金属盐插层石墨烯的制备方法及电子器件，其旨在改善现有的石墨烯导热膜垂直方向导热率低的问题。
第一方面，本申请提供一种技术方案：
一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，包括：
将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中，控制气压为0.05～0.2个大气压，加热反应至至少部分重金属盐插入到片层石墨烯的层间边缘，形成金属盐插层石墨烯；
将金属盐插层石墨烯与分散剂混合成溶液后砂磨，形成浆料；
将浆料制成导热膜；
对导热膜进行高温合金化、石墨化处理，使得片层石墨烯的层间边缘形成金属碳合金。
插层过程中采用低气压处理，使得仅仅在石墨烯边缘存在插层，石墨烯内部无插层。通过边缘弱插层重金属盐，可以将石墨烯边缘打开，然后通过球磨分散，可以将石墨烯片层进一步剥离开，使石墨烯片层变得更薄，够获得层数更薄的大片层石墨烯。利用这种大片层的插层石墨烯制成浆料，获得的石墨烯导热膜，在石墨烯片层垂直方向方向存在金属插层，经过高温合金化、石墨化处理后金属盐离子被石墨还原形成金属-碳合金，将石墨烯片层搭接起来。金属-碳合金的存在能够改善石墨烯导热膜的垂直方向热导率。并且该方法操作简单，成本较低。
在本申请的其他实施例中，上述重金属盐为金属卤化物；
可选地，金属卤化物选自氯化铁、氯化铜或者氯化银中的任意一种。
通过边缘弱插层金属卤化物，可以将石墨烯边缘进一步打开。
在本申请的其他实施例中，上述加热反应的温度在重金属盐的熔化温度至气化温度之间；
可选地，加热反应的温度为250-650℃；
可选地，加热反应的时间为10～30小时。
在重金属盐的熔化温度至气化温度之间，使得金属卤化物先微分解产生氯气，氯气会和石墨烯边缘微氯化，然后金属卤化物进入石墨烯片层中。
在本申请的其他实施例中，上述片层石墨烯为石墨烯纳米片；
可选地，片层石墨烯的厚度1nm～10nm，片层尺寸大于20微米。
采用石墨烯作为原料，不需要消耗大量的酸和强氧化剂，对环境影响小，环保性更好。
在本申请的其他实施例中，上述将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中的步骤，包括：
以重量份计，将15～30份片层石墨烯和0.1～2.5份重金属盐的置于密封环境中。
上述的配比范围内，能够形成良好的插层石墨烯。
在本申请的其他实施例中，上述对导热膜进行高温合金化、石墨化处理的步骤，包括：
将导热膜在2000～3000℃保温1～3小时。
在上述的温度范围内，能够保证高温合金化以及石墨化过程，使得石墨烯片层之间通过金属-碳合金连接。并且该高温合金化的温度极大地降低。
在本申请的其他实施例中，上述分散剂包括：聚乙烯吡咯烷酮、羟甲基纤维素、2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐或者十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
上述的分散液能够有效地使得石墨烯溶液分散均匀。
进一步可选地，上述的分散液可以选择其他与石墨烯表面能相接近的溶液。
在本申请的其他实施例中，上述将浆料制成导热膜的步骤，包括：
将浆料涂布或者抽虑后，干燥至无水，然后压延成型。
通过压延，能够有效地提高石墨烯导热膜的密度。
第二方面，本申请提供一种技术方案：
一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料，包括：
片层石墨烯，片层石墨烯的层间边缘之间通过金属碳合金连接。
该薄层石墨烯/金属复合导热膜材料垂直方向热导率能够达到60W/mK，远高于目前碳系导热膜(不高于20W/mK)。
第三方面，本申请提供一种技术方案：
一种金属盐插层石墨烯的制备方法，包括：
将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中，控制气压为0.05～0.2个大气压，加热反应至重金属盐插入到片层石墨烯的层间的边缘。
采用该方法，能够保证金属盐插入到片层石墨烯的层间的边缘，改善石墨烯的垂直方向的导热性能。
第四方面，本申请提供一种技术方案：
一种电子器件，包括：如前述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料。
该电子器件的散热性能好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请实施例1制得的边缘插层的石墨烯纳米片的XRD图谱；
图2示出了实施例1制得的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料(截面扫描电镜图；
图3示出了实施例2制得的边缘插层的石墨烯纳米片的XRD图谱；
图4示出了实施例4制得的边缘插层的石墨烯纳米片的XRD图谱；
图5示出了实施例1制得的边缘插层的石墨烯纳米片砂磨冻干后的扫面电镜图；
图6示出了实施例2制得的边缘插层的石墨烯纳米片砂磨冻干后的扫面电镜图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请实施方式提供了一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，包括：
将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中，控制气压为0.05～0.2个大气压，加热反应至至少部分重金属盐插入到片层石墨烯的层间边缘，形成金属盐插层石墨烯；
将金属盐插层石墨烯与分散剂混合成溶液后砂磨，形成浆料；
将浆料制成导热膜；
对导热膜进行高温合金化、石墨化处理，使得片层石墨烯的层间边缘形成金属碳合金。
插层过程中采用低气压处理，使得仅仅在石墨烯边缘存在插层，石墨烯内部无插层。边缘弱插层可以使金属和石墨烯的分散更为均匀，插层不需要剥离处理。通过边缘弱插层金属卤化物，可以将石墨烯边缘进一步打开，然后通过在有分散剂或与石墨烯表面能相接近的溶液中进行球磨或超声分散，可以将石墨烯片层进一步剥离开，使石墨烯片层变得更薄而基本不改变石墨烯片层尺寸的大小，可以利用这种方法获得层数更薄的大片层石墨烯。
直接将边缘插层金属的石墨烯作为原料，砂磨制成导热膜所需的涂布浆料，使得制得石墨烯薄膜，在石墨烯片层垂直方向方向存在金属插层，在高温合金化、石墨化处理后金属盐离子被石墨还原形成金属-碳合金，将石墨烯片层搭接起来。金属-碳合金的存在能够改善石墨烯导热膜的垂直方向热导率。本申请实施方式制得的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的垂直方向热导率能够达到60W/mK，远高于目前碳系导热膜(不高于20W/mK)。
在本申请的一些实施方式中，层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，包括：
步骤S1、将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中，控制气压为0.05～0.2个大气压，加热反应至重金属盐插入到片层石墨烯的层间边缘，形成金属盐插层石墨烯。
进一步，控制气压为0.05～0.2个大气压，插层过程中采用低气压处理，能够保证仅仅使石墨烯边缘存在插层，内部无插层。
示例性地，上述的气压选择0.05个大气压、0.10个大气压、0.12个大气压、0.13个大气压、0.06个大气压、0.15个大气压或者0.18个大气压。
进一步可选地，控制气压为0.02～0.18个大气压。
进一步可选地，控制气压为0.03～0.17个大气压。
进一步可选地，控制气压为0.04～0.16个大气压。
进一步地，重金属盐为金属卤化物。
金属卤化物作为插层剂，边缘弱插层可以使金属和石墨烯的分散更为均匀。
进一步可选地，金属卤化物选自氯化铁、氯化铜或者氯化银中的任意一种。
进一步地，加热反应的温度在重金属盐的熔化温度至气化温度之间。
加热反应的温度在重金属盐的熔化温度至气化温度之间，能够保证金属卤化物进入到片层石墨烯层间。
进一步可选地，加热反应的温度为250-650℃。
进一步可选地，加热反应的温度为260-600℃。
进一步可选地，加热反应的温度为280-580℃。
进一步可选地，加热反应的时间为10～30小时。
进一步可选地，加热反应的时间为15～25小时。
示例性地，上述的加热反应的温度为250℃，加热反应的时间为10小时；或者上述的加热反应的温度为350℃，加热反应的时间为15小时；或者上述的加热反应的温度为380℃，加热反应的时间为20小时；或者上述的加热反应的温度为450℃，加热反应的时间为21小时；或者上述的加热反应的温度为500℃，加热反应的时间为22小时；或者上述的加热反应的温度为650℃，加热反应的时间为25小时。
进一步地，上述的片层石墨烯为石墨烯纳米片。
进一步可选地，片层石墨烯的厚度1nm～10nm，片层尺寸大于20微米。
示例性地，上述的片层石墨烯的厚度1nm，片层尺寸20微米；或者上述的片层石墨烯的厚度2nm，片层尺寸25微米；或者上述的片层石墨烯的厚度5nm，片层尺寸30微米；或者上述的片层石墨烯的厚度8nm，片层尺寸35微米；或者上述的片层石墨烯的厚度10nm，片层尺寸40微米。
在本申请的一些具体的实施例中，上述的片层石墨烯选择薄层大片本征石墨烯。
进一步地，将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中的步骤，包括：
以重量份计，将15～30份片层石墨烯和0.1～2.5份重金属盐的置于密封环境中。
进一步可选地，将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中的步骤，包括：
以重量份计，将16～26份片层石墨烯和0.2～2.4份重金属盐的置于密封环境中。
进一步可选地，将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中的步骤，包括：
以重量份计，将18～25份片层石墨烯和0.3～2.2份重金属盐的置于密封环境中。
示例性地，将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中的步骤，包括：
以重量份计，将20份片层石墨烯和1份重金属盐的置于密封环境中；或者以重量份计，将25份片层石墨烯和2份重金属盐的置于密封环境中；或者以重量份计，将20份片层石墨烯和0.5份重金属盐的置于密封环境中。
通过边缘弱插层金属卤化物，可以将石墨烯边缘进一步打开，使得重金属盐插入到片层石墨烯的层间边缘，形成金属盐插层石墨烯；
步骤S2、将金属盐插层石墨烯与分散剂混合后砂磨，形成浆料。
进一步地，上述的分散剂包括：聚乙烯吡咯烷酮、羟甲基纤维素、2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐或者十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
进一步可选地，砂磨时，还可以加入分散助剂，例如氮甲基吡咯烷酮等溶剂。
在一些具体的示例中，上述的分散剂溶液包括氮甲基吡咯烷酮溶液和2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐；或者上述的分散剂溶液为聚乙烯吡咯烷酮溶液；或者上述的分散剂溶液包括聚乙烯吡咯烷酮溶液和羟甲基纤维素溶液；或者上述的分散剂溶液为十二烷基苯磺酸钠。
进一步地，将上述的金属盐插层石墨烯与分散剂溶液混合时，将上述的金属盐插层石墨烯加入到液体环境，例如水中，可选地，还可以向水中加入部分分散助剂。然后，向石墨烯水溶液中加入前述的分散剂制得混合溶液。之后，将该混合溶液置于砂磨机中，低温砂磨(超声分散)2-20小时，将石墨烯片层进一步打开，插层物作为阻隔剂保留在石墨烯片层边缘。
步骤S3、将浆料制成导热膜。
进一步地，将浆料制成导热膜的步骤，包括：
将浆料涂布或者抽虑后，干燥至无水，然后压延成型。
进一步可选地，将步骤S2砂磨制得的浆料取出后，直接作为石墨烯导热的原始浆料进行涂布或抽滤，然后干燥至无水状态，成为自支撑膜，通过压延手段，提高石墨烯导热膜的密度。
进一步可选地，将上述的浆料压延至导热膜的密度为1.5g/cm3～3g/cm3。
步骤S4、对导热膜进行高温合金化、石墨化处理，使得片层石墨烯的层间边缘形成金属碳合金。
进一步地，对导热膜进行高温合金化、石墨化处理的步骤，包括：
将导热膜在2000～3000℃保温1～3小时。
示例性地，对导热膜进行高温合金化、石墨化处理的步骤，包括：
将导热膜在2000℃保温1小时；或者将导热膜在2500℃保温1.5小时；或者将导热膜在2600℃保温1.6小时；或者将导热膜在2800℃保温2小时；或者将导热膜在3000℃保温2.5小时；或者将导热膜在3000℃保温3小时。
本申请的一些实施方式还提供一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料。
上述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料能够通过前述实施方式提供的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法制得。
进一步地，该薄层石墨烯/金属复合导热膜材料包括：片层石墨烯，片层石墨烯的层间边缘之间通过金属碳合金连接。
本申请的一些实施方式还提供一种金属盐插层石墨烯的制备方法，包括：
将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中，控制气压为0.05～0.2个大气压，加热反应至重金属盐插入到片层石墨烯的层间的边缘。
采用该方法，能够保证金属盐插入到片层石墨烯的层间的边缘，改善石墨烯的垂直方向的导热性能。
本申请的一些实施方式还提供一种电子器件，包括：如前述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料。
进一步地，这种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料按照前述实施方式提供的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法制备。
该电子器件通过采用这种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料，提高了散热性能。
示例性地，上述的电子器件，可以为手机，尤其是5G手机、平板电脑、超薄电子屏等。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
本实施例提供一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料，是这样制得的：
将20份3nm厚、片层尺寸大于10微米的石墨烯纳米粉和1份无水氯化铁至于石英做的反应釜中，抽真空至0.1个大气压，保持密闭状态。将反应釜置于380℃的高温环境中，反应15小时，然后降至室温后，打开反应釜，得到边缘插层的石墨烯纳米片(图1XRD图谱)。以质量份数计，将1份制得的边缘插层的石墨烯纳米片用清水洗净烘干后，加入400份去离子水中，加入1份聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和1份羟甲基纤维素(CMC)，得到混合物，然后将混合物加入砂磨机砂磨分散10小时，取出后真空搅拌除泡。利用涂布工艺将浆料均匀的涂到衬底上，干燥后，将石墨烯膜剥离下来干燥，加入石墨化炉中，通入氩气后，升温至2800℃，保温1小时，待降到室温后，将膜取出覆膜压延，压延至膜密度1.8g/cm3以上，然后用裁切机裁切成需要尺寸，即可制得薄层石墨烯/金属复合导热膜材料(截面扫描电镜图2)。
实施例2
本实施例提供一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料，其制备步骤与实施例1基本相同，所不同之处在于，插层物改为氯化铜(图3示出了制得的边缘插层的石墨烯纳米片的XRD图谱)，抽真空至0.05个大气压，比例为25份石墨烯纳米粉和2份氯化铜粉末，反应温度为450℃，反应时间24小时。后期浆料调配、涂布、高温退火、压延、裁切工艺均与实施例1相同，压延密度到1.95g/cm3以上。
实施例3
本实施例提供一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料，其制备步骤与实施例1基本相同，所不同之处在于，将插层好的薄层石墨烯清洗干净后烘干，加入320份氮甲基吡咯烷酮中进行砂磨分散10小时后，再进行超声处理3小时后，无需真空除泡，直接利用抽滤的方式进行成膜，然后至于真空烘箱中，烘干温度为120℃干燥。与实施例1相同，将干燥后的膜，在2500℃的高温下惰性气体气氛中加热1小时，然后压延至薄膜密度在2.0g/cm3左右。
实施例4
本实施例提供一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料，其制备步骤与实施例1基本相同，所不同之处在于，插层采用氯化银作为插层剂(图4示出了制得的边缘插层的石墨烯纳米片的XRD图谱)。将20份1nm厚、片层尺寸大于20微米的石墨烯纳米粉和0.5份氯化银至于石英做的反应釜中，抽真空至0.1个大气压，保持密闭状态。将石英釜至于650℃的高温环境中，反应24小时，然后将至室温，打开反应釜。后续操作与实施例1完全相同。
实施例5
本实施例提供一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料，其制备步骤与实施例1基本相同，所不同之处在于，石墨烯原料采用1nm厚、片层尺寸大于30微米的石墨烯纳米粉。
对比例1
提供一种石墨烯导热膜，其制备步骤与实施例1基本相同，所不同之处在于：
采用氧化石墨烯作为原料，石墨化过程是在2500℃的高温条件下进行。
对比例2
提供一种石墨烯导热膜，其制备步骤与实施例1基本相同，所不同之处在于：
采用氧化石墨烯作为原料，石墨化过程是在2800℃的高温条件下进行。
对比例3
提供一种石墨烯导热膜，其制备步骤与实施例1基本相同，所不同之处在于：
采用氧化石墨烯作为原料，石墨化过程是在3000℃的高温条件下进行。
实验例1
对实施例1、2、4提供的边缘插层的石墨烯纳米片的结构采用XRD进行检测。
图1为实施例1制得的边缘插层的石墨烯纳米片的XRD图谱，由图1可以看出，XRD图谱中同时存在插层峰和石墨的峰。其中图1中小峰(9.47、18.96、28.47)对应的是氯化铁插层的峰，高峰(26.64)对应的是石墨的峰，并且是一层石墨一层氯化铁。由此证明了实施例1中氯化铁插入了石墨片层边缘。
图3为实施例2制得的边缘插层的石墨烯纳米片的XRD图谱，由图3可以看出，XRD图谱中同时存在插层峰和石墨的峰。其中图1中小峰(11.13、27.5)对应的是氯化铜插层的峰，高峰(26.52)对应的是石墨的峰，并且是一层石墨一层氯化铜。由此证明了实施例2中氯化铜插入了石墨片层边缘。
图4为实施例4制得的边缘插层的石墨烯纳米片的XRD图谱，由图4可以看出，XRD图谱中同时存在插层峰和石墨的峰。其中图1中小峰(17.4、22.5)对应的是氯化银插层的峰，高峰(25.3)对应的是石墨的峰，并且是一层石墨一层氯化银。由此证明了实施例4中氯化银插入了石墨片层边缘。
实验例2
对实施例1和2提供的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料采用扫描电镜进行检测。
图2示出了实施例1制得的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料(截面扫描电镜图。从图2可以看出在一些辅助剂的作用下，石墨烯实现了水平定向。
图5示出了实施例1制得的边缘插层的石墨烯纳米片砂磨冻干后的扫面电镜图。从图中可以看出，在石墨烯的边缘有非常小的金属颗粒团聚，金属颗粒的团聚是由于石墨烯冻干造成的，结合图1，进一步证明了实施例1中氯化铁插入了石墨片层边缘。
图6示出了实施例2制得的边缘插层的石墨烯纳米片砂磨冻干后的扫面电镜图。从图中可以看出，在石墨烯的边缘有非常小的金属颗粒团聚，金属颗粒的团聚是由于石墨烯冻干造成的，结合图3，进一步证明了实施例2中氯化铜插入了石墨片层边缘。
实验例3
对实施例1～5提供的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料以及对比例1～3提供的导热膜的热导率进行检测。
具体的检测步骤如下：
利用激光闪射法，采用耐驰LF467导热系数仪进行测试。
激光法的测试原理为在炉体控制的一定温度下,由激光源发射光脉冲均匀照射在样品下表面,使试样均匀加热,通过红外检测器连续测量样品上表面相应温升过程,得到温度升高和时间的关系曲线。
由计算机软件可以直接分析出样品的热扩散系数，然后已知样品的比热，可以根据公式：λ(T)＝α(T)·CP(T)·ρ(T)，来计算出物体的导热系数。其中：λ(T)为导热系数，单位：W/(m·K)；α(T)为热扩散系数，单位：mm2/s；CP(T)为样品比热，单位：J/g/K；ρ(T)为密度，单位：g/cm3。
针对实施例1～5以及对比例1～3所制备的石墨烯膜，延xy方向对其进行了热学分析，由仪器直接能够测出石墨烯膜的热扩散系数，热扩散系数是表示物体内部温度扯平的能力。
测试时，将实施例1～5以及对比例1～3的导热膜均裁成直径25mm的圆片，测出圆片的厚度，和质量，测试温度为25℃，热容量统一按0.85计算。将样品放入样品台上，机器自动测算出样品热扩散系数，通过公式可以得到样品的导热系数。
测试结果见下表：
Figure BDA0002249297610000151
Figure BDA0002249297610000161
由上表可以看出，实施例～5制得的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的垂直方向热导率最大能够到达62W/mK，相对于对比例，极大地提高了垂直方向热导率。并且实施例1～5制得的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的水平方向热导率也均高于对比例的水平方向热导率；或者与对比例的水平方向热导率持平。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，其特征在于，包括：
将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中，控制气压为0.05~0.2个大气压，加热反应至至少部分所述重金属盐插入到所述片层石墨烯的层间边缘，且仅仅在所述片层石墨烯边缘存在插层，所述片层石墨烯内部无插层，形成金属盐插层石墨烯；所述加热反应的温度在所述重金属盐的熔化温度至气化温度之间；所述加热反应的温度为250-650℃；所述加热反应的时间为10~30小时；
将所述金属盐插层石墨烯与分散剂混合成溶液后砂磨，形成浆料；
将所述浆料制成导热膜；
对所述导热膜进行高温合金化、石墨化处理，使得所述片层石墨烯的层间边缘形成金属碳合金。
2.根据权利要求1所述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，其特征在于，
所述重金属盐为金属卤化物。
3.根据权利要求2所述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，其特征在于，所述金属卤化物选自氯化铁、氯化铜或者氯化银中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，其特征在于，
所述片层石墨烯为石墨烯纳米片。
5.根据权利要求4所述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，其特征在于，
所述片层石墨烯的厚度1nm~10nm，片层尺寸大于20微米。
6.根据权利要求4所述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，其特征在于，
所述将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中的步骤，包括：
以重量份计，将15~30份所述片层石墨烯和0.1~2.5份所述重金属盐的置于密封环境中。
7.根据权利要求1-6任一项所述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，其特征在于，
所述对所述导热膜进行高温合金化、石墨化处理的步骤，包括：
将所述导热膜在2000~3000℃、惰性气体中保温1~3小时。
8.根据权利要求1所述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，其特征在于，
所述分散剂包括：聚乙烯吡咯烷酮、羟甲基纤维素、2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐或者十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
9.一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料，其特征在于，采用权利要求1~8任一项所述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法制得；所述薄层石墨烯/金属复合导热膜材料包括：
片层石墨烯，所述片层石墨烯的层间边缘之间通过金属碳合金连接。
10.一种金属盐插层石墨烯的制备方法，其特征在于，包括：
将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中，控制气压为0.05~0.2个大气压，加热反应至所述重金属盐插入到所述片层石墨烯的层间的边缘，且仅仅在所述片层石墨烯边缘存在插层，所述片层石墨烯内部无插层；所述加热反应的温度在所述重金属盐的熔化温度至气化温度之间；所述加热反应的温度为250-650℃；所述加热反应的时间为10~30小时。
11.一种电子器件，其特征在于，包括：如权利要求9所述的薄层石墨烯/金属复合导热膜材料。
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