CN111924830A - 一种石墨烯导热膜的制备方法及其所得产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯导热膜的制备方法及其所得产品,属于导热器件技术领域。所述制备方法,包括如下步骤:1)将氧化石墨烯的水溶液和发泡剂混合,将得到的混合液依次进行真空除泡、过滤,得到氧化石墨烯分散液;2)将氧化石墨烯分散液进行涂覆、干燥,得到干燥的氧化石墨烯膜;3)将干燥的氧化石墨烯膜进行发泡,得到发泡后的氧化石墨烯膜;4)氧化石墨烯膜置于石墨片夹层中依次进行高温处理、抽真空处理、空气置换处理和热压处理,得到石墨烯导热膜。本发明提供的石墨烯导热膜的制备方法制备得到的导热膜具有好的成膜性,且导热性强,生产成本低,生产效率高,便于规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于导热器件技术领域,具体涉及一种石墨烯导热膜的制备方法及其所得产品。
背景技术
近年来,伴随着电子系统不断的微型化及集成化,其性能和可靠性将越来越多的受制于导热问题,消费电子产品领域(智能手机、超薄笔记本电脑和平板电脑)对导热的要求也愈发严格。目前应用最为广泛和成熟的导热材料是石墨导热膜,该产品是在特殊烧结条件下对碳材料的高分子薄膜反复进行热处理加工而制成的导热率极高的片状材料,具有厚度薄、导热效率高、重量轻等特点。由于超厚导热膜除了具有高导热性能,同时还具备一定的储热性能。因此,下游消费电子产品客户对超厚导热膜的需求较之于常规导热膜(≤50μm)明显增加。但由于受到原料厚度、工艺的限制,单张石墨导热膜较薄,只能将多层石墨采用胶粘结起来增加厚度,但这样会直接影响导热性能。所以,传统商用石墨导热膜将不能够满足以上对导热膜厚度的需求。
石墨烯作为新兴发展的二维材料,具有诸多优异的性能,单层无缺陷石墨烯的导热系数能够达到5300W/mK,远高于铜(398W/mK)等金属导热材料。同时,石墨烯材料具有较高的强度和良好的柔性,制备得到的石墨烯膜具有高强度柔性、耐高温、膨胀系数小、导热导电性能好、化学性能稳定的特点。在此背景下石墨烯导热膜迅速取代传统导热材料,石墨烯导热膜在贴合电子产品的水平方向上具有较高的导热性能,而且在垂直方向上导热性能高于传统导热材料。但是石墨烯自身的成膜性较差,通常利用其具有良好成膜性的衍生物氧化石墨烯来作为石墨烯导热膜的原料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯导热膜的制备方法及其所得产品,具有好的成膜性,且导热性强,生产成本低,生产效率高,便于规模化生产。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明提供了一种石墨烯导热膜的制备方法,包括如下步骤:
1)将氧化石墨烯的水溶液和发泡剂混合,将得到的混合液依次进行真空除泡、过滤,得到氧化石墨烯分散液;
2)将所述步骤1)的氧化石墨烯分散液进行涂覆、干燥,得到干燥的氧化石墨烯膜;
3)将所述步骤2)的干燥的氧化石墨烯膜进行发泡,得到发泡后的氧化石墨烯膜;
4)将所述步骤3)的发泡后的氧化石墨烯膜置于石墨片夹层中依次进行高温处理、抽真空处理、空气置换处理和热压处理,得到石墨烯导热膜;
所述空气置换处理是通入高导热系数气体,将导热膜孔道中的空气置换为高导热系数气体。
优选的,所述步骤1)中发泡剂为碳酸氢铵、碳酸铵、乙酸铵、氯化铵、碘化铵、溴化铵和偶氮二甲酰胺中的一种或几种;所述发泡剂为氧化石墨烯质量的0.01%~5%。
优选的,所述步骤1)中氧化石墨烯的水溶液中氧化石墨烯的质量浓度为0.2~3g/L,氧化石墨烯的片径为10~300μm。
优选的,所述步骤2)中干燥的温度为20~100℃。
优选的,所述步骤2)中氧化石墨烯分散液在基底材料上进行涂覆;所述基底材料包括耐高温聚酯PET膜、聚酰亚胺PI膜、聚四氟乙烯PTFE膜、甲基板、乙基板和铜箔。
优选的,所述步骤3)中发泡的温度为100~300℃,发泡的时间为10~120min。
优选的,所述步骤4)中高温处理的方式为:以1~5℃/min的升温速率将温度提升至2000~3000℃后,处理0.5h~3h。
优选的,所述步骤4)中高导热系数气体包括氢气、氦气、氖气和氧气中的一种或几种。
优选的,所述步骤4)中抽真空处理时的条件为:压力20~70Mpa,真空度0.01Pa~1000Pa。
本发明提供了一种上述方案所述的方法制备得到的石墨烯导热膜,所述石墨烯导热膜的厚度为50~150μm、导热系数≥1200W/m•K、热扩散系数≥900mm2/s、密度2±0.1g/cm3、折弯次数>105次。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供的石墨烯导热膜的制备方法中,通过在氧化石墨烯中添加发泡剂,可以使氧化石墨烯排布取向均一,同时发泡剂可以进一步增大氧化石墨烯的层间距,有利于在高温处理时能够充分去除非碳物质从而提高导热率。同时,将氧化石墨烯分散液进行除泡和过滤,去除微气泡和内部未分散好的颗粒,有利于氧化石墨烯成膜,使制备得到的石墨烯导热膜成膜性好;
本发明提供的制备方法中在抽真空处理前后通入高导热系数的气体,可以置换石墨烯导热膜内部孔道残留的空气,从而进一步降低导热膜内部热阻,实现热量的快速传递,可进一步提高该石墨烯导热膜的导热效果;
本发明制备的石墨烯导热膜具有导热性强、生产成本低、生产效率高、便于规模化生产。
进一步的,本发明采用的发泡剂为无残留发泡剂,不影响导热膜的性能。
具体实施方式
本发明提供了一种石墨烯导热膜的制备方法,包括如下步骤:
1)将氧化石墨烯的水溶液和发泡剂混合,将得到的混合液依次进行真空除泡、过滤,得到氧化石墨烯分散液;
2)将所述步骤1)的氧化石墨烯分散液进行涂覆、干燥,得到干燥的氧化石墨烯膜;
3)将所述步骤2)的干燥的氧化石墨烯膜进行发泡,得到发泡后的氧化石墨烯膜;
4)将所述步骤3)的发泡后的氧化石墨烯膜置于石墨片夹层中依次进行高温处理、抽真空处理、空气置换处理和热压处理,得到石墨烯导热膜;
所述空气置换处理是通入高导热系数气体,将导热膜孔道中的空气置换为高导热系数气体。
本发明将氧化石墨烯的水溶液和发泡剂混合,将得到的混合液依次进行真空除泡、过滤,得到氧化石墨烯分散液。在本发明中,所述氧化石墨烯的水溶液中氧化石墨烯的质量浓度优选为0.2~3g/L,更优选为0.8~1.2g/L,最优选为1.0g/L。在本发明中,所述氧化石墨烯的片径优选为10~300μm,更优选为30~100μm,最优选为50μm。在本发明中,所述发泡剂优选为碳酸氢铵、碳酸铵、乙酸铵、氯化铵、碘化铵、溴化铵和偶氮二甲酰胺中的一种或几种,更优选为碳酸氢铵或碳酸铵。在本发明中,所述发泡剂优选为氧化石墨烯质量的0.01%~5%,更优选为1%~3%。
在本发明中,所述混合的方式优选为搅拌。所述搅拌的时间优选为1.5~6h,转速优选为1000~5000rpm。在本发明中,所述真空除泡的时间优选为10~30min;真空度优选为100Pa。在本发明中,所述过滤用滤网的孔径优选为200目。
在本发明中,所述发泡剂可以使氧化石墨烯排布取向均一,同时发泡剂可以进一步增大氧化石墨烯的层间距,有利于在高温处理时能够充分去除非碳物质,提高导热率。
本发明对所述氧化石墨烯和发泡剂的来源没有特殊限定,采用本领域常规市售产品即可。
得到氧化石墨烯分散液后,本发明将所述氧化石墨烯分散液进行涂覆、干燥,得到干燥的氧化石墨烯膜。在本发明中,优选将氧化石墨烯分散液在基底材料上进行涂覆;所述基底材料包括耐高温聚酯PET膜、聚酰亚胺PI膜、聚四氟乙烯PTFE膜、甲基板、乙基板和铜箔。在本发明中,所述干燥的温度优选为20~100℃,更优选为50~60℃。干燥完成后将基体材料和干燥的氧化石墨烯膜进行分离。
得到干燥的氧化石墨烯膜后,本发明将所述干燥的氧化石墨烯膜进行发泡,得到发泡后的氧化石墨烯膜。在本发明中,所述发泡的温度优选为100~300℃,更优选为230℃;所述发泡的时间优选为10~120min,更优选为30min。
本发明将干燥的氧化石墨烯膜进行发泡可以去除部分官能团,减少高温处理时的气体量,防止氧化石墨烯膜在高温处理时产生大量气体发生爆膜现象。
得到发泡后的氧化石墨烯膜后,本发明将所述发泡后的氧化石墨烯膜置于石墨片夹层中依次进行高温处理、抽真空处理、空气置换处理和热压处理,得到石墨烯导热膜。在本发明中,所述空气置换处理是通入高导热系数气体,将导热膜孔道中的空气置换为高导热系数气体。在本发明中,所述高温处理的方式优选为:以1~5℃/min的升温速率将温度提升至2000~3000℃后,处理0.5h~3h。在本发明中,所述抽真空处理时的条件优选为:压力20~70Mpa,真空度0.01Pa~1000Pa,更优选为压力40~50Mpa,真空度300Pa~600Pa。在本发明中,通过高温处理将氧化石墨烯膜还原成石墨烯膜。在本发明中,所述抽真空处理和空气置换处理的次数优选为3次。在本发明中,所述热压处理时的压力优选为30Mpa,时间优选为5s。在本发明中,所述高导热系数气体优选包括氢气、氦气、氖气和氧气中的一种或几种。
本发明提供了一种上述方案所述的方法制备得到的石墨烯导热膜,所述石墨烯导热膜的厚度为50~150μm、导热系数≥1200W/m•K、热扩散系数≥900mm2/s、密度2±0.1g/cm3、折弯次数>105次。
为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
S1、将氧化石墨烯水溶液(氧化石墨烯的质量浓度为0.5g/L,片径为10μm)和碳酸氢铵(发泡剂为氧化石墨烯质量的2%)于高速剪切机中以5000rpm的转速进行搅拌分散2h;
S2、将S1中得到的混合液在100Pa真空度下进行除泡处理20min,再通过过滤网对其进行过滤处理,得到氧化石墨烯分散液;
S3、将氧化石墨烯分散液通过刮式涂布机涂覆在聚四氟乙烯PTFE膜上,将涂覆氧化石墨烯浆料的基底材料在50℃条件下干燥,并将上述基底材料与干燥的氧化石墨烯膜进行分离,得到干燥的氧化石墨烯膜;
S4、将干燥的氧化石墨烯膜置于100℃的低温箱中进行低温发泡120min,得到发泡后的氧化石墨烯膜;
S5、将发泡后的氧化石墨烯膜进行裁剪后置于石墨片夹层中,放入高温炉中进行高温处理,以1℃/min的温度升高速率将高温炉的温度提升至2000℃,高温处理时间为3h;
S6、将高温处理的导热膜置于密闭的压延仓中,在压力为20Mpa,真空度为1000Pa的条件下进行抽真空,抽真空后通入高导热系数的氢气,将导热膜孔道中的空气置换为高导热系数的氢气,反复重复3次,每次保持10min;
S7、将S6制备的石墨烯膜置于压辊下,压辊压力调至30MPa,保持5s,获得高导热耐高温石墨烯导热膜。
实施例2
S1、将氧化石墨烯水溶液(氧化石墨烯的质量浓度为1g/L,片径为300μm)和碳酸铵(发泡剂为氧化石墨烯质量的0.01%)于高速剪切机中以5000rpm的转速进行搅拌分散1.5h;
S2、将S1中得到的混合液在100Pa真空度下进行除泡处理30min,再通过过滤网对其进行过滤处理,得到氧化石墨烯分散液;
S3、将氧化石墨烯分散液通过刮式涂布机涂覆在甲基板上,将涂覆氧化石墨烯浆料的基底材料在100℃条件下干燥,并将上述基底材料与干燥的氧化石墨烯膜进行分离,得到干燥的氧化石墨烯;
S4、将干燥的氧化石墨烯膜置于300℃的低温箱中进行低温发泡10min,得到发泡后的氧化石墨烯膜;
S5、将发泡后的氧化石墨烯膜进行裁剪后置于石墨片夹层中,放入高温炉中进行高温处理,以2℃/min的温度升高速率将高温炉的温度提升至2500℃,高温处理时间为1h;
S6、将高温处理的导热膜置于密闭的压延仓中,在压力为70Mpa,真空度为300Pa的条件下进行抽真空,抽真空后通入高导热系数的氢气,将导热膜孔道中的空气置换为高导热系数的氢气,反复重复3次,每次保持10min;
S7、将S6制备的石墨烯膜置于压辊下,压辊压力调至30MPa,保持5s,获得高导热耐高温石墨烯导热膜。
实施例3
S1、将氧化石墨烯水溶液(氧化石墨烯的质量浓度为0.2g/L,片径为100μm)和乙酸铵(发泡剂为氧化石墨烯质量的5%)于高速剪切机中以1000rpm的转速进行搅拌分散6h;
S2、将S1中得到的混合液在100Pa真空度下进行除泡处理10min,再通过过滤网对其进行过滤处理,得到氧化石墨烯分散液;
S3、将氧化石墨烯分散液通过刮式涂布机涂覆在耐高温聚酯PET膜上,将涂覆氧化石墨烯浆料的基底材料在70℃条件下干燥,并将上述基底材料与干燥的氧化石墨烯膜进行分离,得到干燥的氧化石墨烯;
S4、将干燥的氧化石墨烯膜置于250℃的低温箱中进行低温发泡40min,得到发泡后的氧化石墨烯膜;
S5、将发泡后的氧化石墨烯膜进行裁剪后置于石墨片夹层中,放入高温炉中进行高温处理,以3℃/min的温度升高速率将高温炉的温度提升至3000℃,高温处理时间为0.5h;
S6、将高温处理的导热膜置于密闭的压延仓中,在压力为40Mpa,真空度0.01Pa的条件下进行抽真空,抽真空后通入高导热系数的氦气,将导热膜孔道中的空气置换为高导热系数的氦气,反复重复3次,每次保持10min;
S7、将S6制备的石墨烯膜置于压辊下,压辊压力调至30MPa,保持5s,获得高导热耐高温石墨烯导热膜。
实施例4
S1、将氧化石墨烯水溶液(氧化石墨烯的质量浓度为3g/L,片径为10μm)和偶氮二甲酰胺(发泡剂为氧化石墨烯质量的2%)于高速剪切机中以3000rpm的转速进行搅拌分散3h;
S2、将S1中得到的混合液在100Pa真空度下进行除泡处理20min,再通过过滤网对其进行过滤处理,得到氧化石墨烯分散液;
S3、将氧化石墨烯分散液通过刮式涂布机涂覆在聚酰亚胺PI膜上,将涂覆氧化石墨烯浆料的基底材料在60℃条件下干燥,并将上述基底材料与干燥的氧化石墨烯膜进行分离,得到干燥的氧化石墨烯;
S4、将干燥的氧化石墨烯膜置于210℃的低温箱中进行低温发泡60min,得到发泡后的氧化石墨烯膜;
S5、将发泡后的氧化石墨烯膜进行裁剪后置于石墨片夹层中,放入高温炉中进行高温处理,以5℃/min的温度升高速率将高温炉的温度提升至2750℃,高温处理时间为2h;
S6、将高温处理的导热膜置于密闭的压延仓中,在压力为40Mpa,真空度600Pa的条件下进行抽真空,抽真空后通入高导热系数的氢气,将导热膜孔道中的空气置换为高导热系数的氢气,反复重复3次,每次保持10min;
S7、将S6制备的石墨烯膜置于压辊下,压辊压力调至30MPa,保持5s,获得高导热耐高温石墨烯导热膜。
实施例5
S1、将氧化石墨烯水溶液(氧化石墨烯的质量浓度为3g/L,片径为10μm)和偶氮二甲酰胺(发泡剂为氧化石墨烯质量的2%)于高速剪切机中以3000rpm的转速进行搅拌分散3h;
S2、将S1中得到的混合液在100Pa真空度下进行除泡处理30min,再通过过滤网对其进行过滤处理,得到氧化石墨烯分散液;
S3、将氧化石墨烯分散液通过刮式涂布机涂覆在铜箔上,将涂覆氧化石墨烯浆料的基底材料在90℃条件下干燥,并将上述基底材料与干燥的氧化石墨烯膜进行分离,得到干燥的氧化石墨烯;
S4、将干燥的氧化石墨烯膜置于160℃的低温箱中进行低温发泡90min,得到发泡后的氧化石墨烯膜;
S5、将发泡后的氧化石墨烯膜进行裁剪后置于石墨片夹层中,放入高温炉中进行高温处理,以5℃/min的温度升高速率将高温炉的温度提升至2750℃,高温处理时间为2h;
S6、将高温处理的导热膜置于密闭的压延仓中,在压力为40Mpa,真空度300Pa的条件下进行抽真空,抽真空后通入高导热系数的氧气,将导热膜孔道中的空气置换为高导热系数的氧气,反复重复3次,每次保持10min;
S7、将S6制备的石墨烯膜置于压辊下,压辊压力调至30MPa,保持5s,获得高导热耐高温石墨烯导热膜。
对比例1
S1、将氧化石墨烯水溶液(氧化石墨烯的质量浓度为3g/L,片径为10μm)于高速剪切机中以3000rpm的转速进行搅拌分散3h;
S2、将S1中搅拌分散后的氧化石墨烯溶液通过过滤网对其进行过滤处理,得到氧化石墨烯分散液;
S3、将过滤后的氧化石墨烯分散液通过刮式涂布机涂覆在聚酰亚胺PI膜上,将涂覆氧化石墨烯浆料的基底材料在60℃条件下干燥,并将上述基底材料与干燥的氧化石墨烯膜进行分离,得到干燥的氧化石墨烯;
S4、将干燥的氧化石墨烯膜进行裁剪后置于石墨片夹层中,放入高温炉中进行高温处理,以5℃/min的温度升高速率将高温炉的温度提升至2750℃,高温处理时间为2h;
S5、将S4制备的石墨烯膜置于压辊下,压辊压力调至30MPa,保持5s,获得高导热耐高温石墨烯导热膜。
对比例2
S1、将氧化石墨烯水溶液(氧化石墨烯的质量浓度为3g/L,片径为10μm)和偶氮二甲酰胺(发泡剂为氧化石墨烯质量的2%)于高速剪切机中以3000rpm的转速进行搅拌分散3h;
S2、将S1中得到的混合液在100Pa真空度下进行除泡处理20min,再通过过滤网对其进行过滤处理,得到氧化石墨烯分散液;
S3、将过滤后的氧化石墨烯分散液通过刮式涂布机涂覆在聚酰亚胺PI膜上,将涂覆氧化石墨烯浆料的基底材料在60℃条件下干燥,并将上述基底材料与干燥的氧化石墨烯膜进行分离,得到干燥的氧化石墨烯;
S4、将干燥的氧化石墨烯膜置于210℃的低温箱中进行低温发泡60min,得到发泡后的氧化石墨烯膜;
S5、将发泡后的氧化石墨烯膜进行裁剪后置于石墨片夹层中,放入高温炉中进行高温处理,以5℃/min的温度升高速率将高温炉的温度提升至2750℃,高温处理时间为2h;
S6、将S5制备的石墨烯膜置于压辊下,压辊压力调至30MPa,保持5s,获得高导热耐高温石墨烯导热膜。
对比例3
S1、将氧化石墨烯水溶液(氧化石墨烯的质量浓度为3g/L,片径为10μm)于高速剪切机中以3000rpm的转速进行搅拌分散3h;
S2、将S1中搅拌分散后的氧化石墨烯溶液在100Pa真空度下进行除泡处理20min,得到氧化石墨烯分散液;
S3、将过滤后的氧化石墨烯分散液通过刮式涂布机涂覆在聚酰亚胺PI膜上,将涂覆氧化石墨烯浆料的基底材料在60℃条件下干燥,并将上述基底材料与干燥的氧化石墨烯膜进行分离,得到干燥的氧化石墨烯;
S4、将干燥的氧化石墨烯膜进行裁剪后置于石墨片夹层中,放入高温炉中进行高温处理,以5℃/min的温度升高速率将高温炉的温度提升至2750℃,高温处理时间为2h;
S5、将高温处理的导热膜置于密闭的压延仓中,在压力为40Mpa,真空度600Pa的条件下进行抽真空,抽真空后通入高导热系数的氢气,将导热膜孔道中的空气置换为高导热系数的氢气,反复重复3次,每次保持10min;
S6、将S5制备的石墨烯膜置于压辊下,压辊压力调至30MPa,保持5s,获得高导热耐高温石墨烯导热膜。
实施例6
对实施例1~5和对比例1~3制备的高导热耐高温石墨烯导热膜根据相应的检测标准和方法对厚度、导热系数、热扩散系数、密度和折弯次数进行测试,具体检测结果如表1所示。
表1 石墨烯导热膜的性能检测结果
由表1可以看出,实施例1~5所制备得到的石墨烯导热膜的厚度为60~150μm、导热系数≥1200W/m•K、热扩散系数≥900mm2/s、密度为2.0±0.1g/cm3、折弯次数>105次的高导热耐高温石墨烯导热膜,而且石墨烯导热膜表面平整光滑,膜表面无颗粒、无气泡,成膜性好。由此可见,通过上述制备方法制备得到的石墨烯导热膜具有良好的高导热耐高温性能,且成膜性好。
其中:石墨烯导热膜的厚度、密度、比热容、导热系数、热扩散系数和折弯次数测试方法如下:
1. 厚度的检验
1.1依据标准
依据ASTM D374M-2013固体电工绝缘材料厚度的试验方法(米制)对石墨烯导热膜的厚度进行检验。
1.2试验装置
测厚规主要由电子显示屏、手柄和测量头组成,其精度为1μm,测量头由上下两个平面组成,上下两面都是圆形,相应的直径为6mm左右。
1.3试样
试样尺寸取100mm×100mm(不能起皱和有折痕),测试温度为25℃左右,相对湿度为50%±5%。
1.4试验步骤和试验结果
1)将试样放在测量头的上下头平面之间,测试时缓慢降下上测量头,最终覆盖在石墨烯导热膜的表面,记下测厚规电子显示屏上的读数,精确1μm;
2)每个试样测四条边的中点,取四点读数的平均值作为该石墨烯导热膜的厚度值;
3)测试的结果记录到检验报告中。
2.密度的检验
2.1依据标准
依据ASTM D792-2013用替换法测定塑料密度和比重(相对密度)的试验方法对石墨烯导热膜的密度进行检验。
2.2试验装置
1)测厚规主要由电子显示屏、手柄和测量头组成,精度为1μm;
2)电子天平主要由按钮、显示器、称台和外罩等组成,精度为0.001g。
2.3试样
试样尺寸取100mm×100mm(不能起皱和有折痕),测试温度为25℃左右,相对湿度为50±5%。
2.4试验步骤和试验结果
1)按照厚度检验的方法测量其厚度;
2)打开电子天平、归零,打开外罩的门将试样轻轻放到电子天平的称台上,再关上外罩的门,等待示数稳定后,读数显示屏上的示数,该读数为导热膜的质量;
3)计算:密度=质量/(面积×厚度);
4)测试的结果记录到检验报告中。
3.比热容的测试
3.1依据标准
依据ASTM E1269-2011用差示扫描量热法测定特殊容量的试验方法对石墨烯导热膜的比热容进行测试。
3.2测试仪器
差示扫描量热仪主要由炉体、温度传感器、差示传感器、温度控制部分和记录装置等部分组成。
3.3试样条件
标准试验室温度为25℃左右。
3.4试样步骤
按照仪器的操作要求测试石墨烯导热膜的50℃的比热容,利用软件导出数据,完成测试报告。
4.热扩散系数和导热系数的计算
4.1依据标准
依据ASTM E1461-2013用闪光法测定固体热扩散率的试验方法对石墨烯导热膜的热扩散系数进行测试,再根据导热系数与热扩散系数的关系(其计算公式:导热系数=热扩散系数*密度*比热容),计算出相应的导热系数。
4.2原理
用高强度的能量脉冲对小而薄的圆盘试样进行短时间的辐照,脉冲的能量被样品的前表面吸收并记录其所导致后表面温度上升。热扩散系数的值通过试样的厚度和后表面温度上升达到某一比值的最大值所需要的时间计算出来。
4.3测试仪器
1)LFA467主要由炉体、样品支架、Hyper Flash灯、炉体热电偶和样品电偶灯组成;
2)量具采用精度为0.001mm的千分尺。
4.4试样条件
标准试验室温度为25℃左右。
4.5试样制备
测量石墨烯导热膜的厚度为h,切取直径为25mm的石墨烯导热膜。
4.6试验步骤
将样品放到样品支架上,按照仪器操作说明书对样品进行测试;测试完毕后,在软件上导出测试结果,完成测试报告。
5. 折弯次数
5.1依据标准
依据ISO 5626-1993纸耐褶性的测定对石墨烯导热膜的耐折弯能力进行测试。
5.2测试仪器
折弯测试仪主要由支架、夹紧板、工作台和控制系统等组成。
5.3试验条件
荷重方式:砝悬吊式2.5N,弯曲速度:240次/分,弯曲角度:180°,弯曲夹具R角:5mm,测试次数:30000。
5.4试样制备
切取试样尺寸为10mm×140mm。
5.5试验步骤
1)把试样平整地置于夹持器中,适当拧紧夹持器,以防止试样在弯曲时产生打滑;
2)以240次/分的速度对试样进行折弯,观察弯曲30000后是否断裂,如不断裂为合格;
3)根据测试结果完成测试报告。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)将氧化石墨烯的水溶液和发泡剂混合,将得到的混合液依次进行真空除泡、过滤,得到氧化石墨烯分散液;
2)将所述步骤1)的氧化石墨烯分散液进行涂覆、干燥,得到干燥的氧化石墨烯膜;
3)将所述步骤2)的干燥的氧化石墨烯膜进行发泡,得到发泡后的氧化石墨烯膜;
4)将所述步骤3)的发泡后的氧化石墨烯膜置于石墨片夹层中依次进行高温处理、抽真空处理、空气置换处理和热压处理,得到石墨烯导热膜;
所述空气置换处理是通入高导热系数气体,将导热膜孔道中的空气置换为高导热系数气体。
2.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中发泡剂为碳酸氢铵、碳酸铵、乙酸铵、氯化铵、碘化铵、溴化铵和偶氮二甲酰胺中的一种或几种;所述发泡剂为氧化石墨烯质量的0.01%~5%。
3.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中氧化石墨烯的水溶液中氧化石墨烯的质量浓度为0.2~3g/L,氧化石墨烯的片径为10~300μm。
4.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中干燥的温度为20~100℃。
5.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中氧化石墨烯分散液在基底材料上进行涂覆;所述基底材料包括耐高温聚酯PET膜、聚酰亚胺PI膜、聚四氟乙烯PTFE膜、甲基板、乙基板和铜箔。
6.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中发泡的温度为100~300℃,发泡的时间为10~120min。
7.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤4)中高温处理的方式为:以1~5℃/min的升温速率将温度提升至2000~3000℃后,处理0.5h~3h。
8.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤4)中高导热系数气体包括氢气、氦气、氖气和氧气中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法,其特征在于,所述步骤4)中抽真空处理时的条件为:压力20~70Mpa,真空度0.01Pa~1000Pa。
10.权利要求1~9任意一项所述的方法制备得到的石墨烯导热膜,所述石墨烯导热膜的厚度为50~150μm、导热系数≥1200W/m•K、热扩散系数≥900mm2/s、密度2±0.1g/cm3、折弯次数>105次。
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