CN112608721A - 3d石墨复合导热材料及制备方法、复合浆料、智能手机 - Google Patents

3d石墨复合导热材料及制备方法、复合浆料、智能手机 Download PDF

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朱秀娟
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    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body

Abstract

本发明属于导热材料技术领域，具体涉及一种3D石墨复合导热材料及制备方法、复合浆料、智能手机。本3D石墨复合导热材料包括：导热层；导热阵列，嵌入且垂直导热层设置；以及所述导热层与导热阵列适于形成3D石墨结构。

Description

3D石墨复合导热材料及制备方法、复合浆料、智能手机
技术领域
本发明属于导热材料技术领域，具体涉及一种3D石墨复合导热材料及制备方法、复合浆料、智能手机。
背景技术
随着电子行业的快速发展，电子产品集成度不断提高，功率不断增加，体积不断缩小，芯片产生的热量也大幅度增加，热密度急剧上升，电子设备的温度迅速增高，由于散热不良导致的电子设备的故障也越来越多，如何有效的解决电子器件的散热问题已经成为整个电子产业发展中亟待解决的关键技术。石墨膜因其超高的导热系数和良好的比热容，成为现在电子产品理想的导热散热材料。但是，现有高导热石墨膜的水平导热系数高达1800-1900W/mK，但是垂直方向的导热系数仅为5W/mK，因此，导热石墨膜的应用适用于空间较小，散热量较少的狭小空间，如智能手机，主要是将局部过热的热量快速均匀分散在平面，实现二维平面散热的作用。但是此方法并不能实现热量的三维大幅扩散，因此提高导热材料在垂直方向的散热性能是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种3D石墨复合导热材料及制备方法、复合浆料、智能手机。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合导热材料，包括：导热层；导热阵列，嵌入且垂直导热层设置；以及所述导热层与导热阵列适于形成3D石墨结构。
第二方面，本发明还提供了一种复合导热材料的制备方法，包括：将氧化石墨烯、助剂、溶剂、竖直导热材料混合，形成复合浆料；将复合浆料涂布在基膜表面，形成涂布膜；施加磁场，以使竖直导热材料沿涂布膜的垂直方向进行排列；烘干；固化；收卷；高温处理；以及压制，得到复合导热材料。
第三方面，本发明还提供了一种复合浆料，包括以下原料：氧化石墨烯、竖直导热材料、溶剂、助剂。
第四方面，本发明还提供了一种智能手机，包括：如前所述的复合导热材料，以用于导热散热。
本发明的有益效果是，本发明的复合导热材料及制备方法、复合浆料、智能手机通过在导热层中垂直嵌入导热阵列，热量不仅可以在导热层的层间平面传递，还可以在导热阵列中垂直传递，实现快速散热的效果，有效提高了复合导热材料的导热性能，尤其适于散热要求高的领域。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1是本发明的复合导热材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一部分：阐述具体技术方案
针对现有复合材料在垂直方向的导热系数较低的现象，本发明提供了一种复合导热材料，包括：导热层；导热阵列，嵌入且垂直导热层设置；以及所述导热层与导热阵列适于形成3D石墨结构。
作为导热层的一种可选的实施方式。
所述导热层为多层结构，适于通过水平导热材料沿水平方向排列形成。
可选的，所述水平导热材料为氧化石墨烯通过高温处理后得到的多层结晶石墨，由于氧化石墨烯导热性能一般较差，在经过所述高温处理后，可以形成石墨片层结构的多层结晶石墨，即所述多层结构。
作为导热阵列的一种可选的实施方式。
所述导热阵列适于通过竖直导热材料沿竖直方向排列形成。
可选的，所述竖直导热材料包括碳纤维、石墨烯、纳米碳管、纳米碳纤维、石墨、石墨微片中的任一种或几种组合，且通过磁化处理使其带有磁性；所述竖直导热材料的粒度或长度为10～1000μm，可选为100μm、300μm、500μm、800μm。
本发明的复合导热材料将氧化石墨烯通过高温处理后得到的多层结晶石墨作为水平导热材料，形成沿水平面方向排布的多层结构，即导热层；然后将竖直导热材料嵌入且垂直导热层设置，形成沿竖直方向排列的导热阵列，可以将导热层与导热阵列排布均匀且密切结合在一起，从而保证热量不仅可以在导热层的层间平面传递，还可以在导热阵列中垂直传递，实现快速均匀散热的效果，有效提高了复合导热材料的导热性能，尤其适于散热要求高的领域。
进一步，见图1，本发明提供了一种复合导热材料的制备方法，包括：将氧化石墨烯、助剂、溶剂、竖直导热材料，形成复合浆料；将复合浆料涂布在基膜表面，形成涂布膜；施加磁场，以使竖直导热材料沿涂布膜的垂直方向进行排列；烘干；固化；收卷；高温处理；以及压制，得到复合导热材料，即本案中的3D石墨复合导热材料。
可选的，所述高温处理的温度为500-3000℃，可选为800℃、1200℃、1500℃、1800℃、2000℃、2200℃、2500℃、2700℃。
具体的，所述水平导热材料为氧化石墨烯通过所述高温处理后得到的多层结晶石墨。所述竖直导热材料包括碳纤维、石墨烯、纳米碳管、纳米碳纤维、石墨、石墨微片中的任一种或几种组合，通过磁化处理，使竖直导热材料具备磁性，以在磁场作用下沿涂布膜的垂直方向进行排列；以及所述竖直导热材料的粒度或长度为10～1000μm。
可选的，所述磁化处理例如但不限于采用超声强化/水热法制备复合磁性材料,将石墨微片均匀负载在铁酸钡纳米粒子上，形成良好的复合体，或通过其它方式制备石墨烯的复合材料。
可选的，所述溶剂可以为离子水；所述助剂例如但不限于乙醇、丙酮等。
可选的，所述烘干的参数包括：烘干温度25～150℃；所述磁场的参数包括：稳定磁场，磁场强度为10～1000mT。
本发明的复合导热材料的制备方法通过将氧化石墨烯、竖直导热材料制成混合浆料，并涂布在基膜表面形成涂布膜，在涂布膜烘干前或在涂布过程中通过外加磁场，使竖直导热材料沿涂布膜的垂直方向进行排列，最后通过高温处理，使氧化石墨烯形成多层石墨片层结构的多层结晶石墨，作为水平导热材料，；既可以保证水平导热材料与竖直导热材料的混合均匀度，又可以保证涂布膜固化后，导热阵列嵌入且垂直导热层设置，工艺步骤简单，适合大批量工业化生产。
进一步，本发明提供了一种复合浆料，包括以下原料：氧化石墨烯、竖直导热材料、助剂、溶剂。
进一步，本发明提供了一种智能手机，包括：如前所述的复合导热材料，以用于导热散热。
第二部分：列举部分实施例
实施例1
将碳纤维磁化处理后，取长度为10μm的碳纤维20质量份与氧化石墨烯60质量份、去离子水100质量份、乙醇5质量份混合，形成复合浆料；将复合浆料涂布在基膜表面，形成涂布膜；在涂布过程中施加磁场(磁场强度为10MT)，以使竖直导热材料沿涂布膜的垂直方向进行排列；在25℃烘干；固化；收卷；以及500℃高温处理，压制，得到3D石墨复合导热材料。
实施例2
将纳米碳管磁化处理后，取长度为50μm的纳米碳管20质量份与氧化石墨烯60质量份、去离子水100质量份、丙酮1质量份混合，形成复合浆料；将复合浆料涂布在基膜表面，形成涂布膜；在涂布过程中施加磁场(磁场强度为500MT)，以使竖直导热材料沿涂布膜的垂直方向进行排列；在25℃烘干；固化；收卷；以及1000℃高温处理，压制，得到3D石墨复合导热材料。
实施例3
将石墨微片磁化处理后，取长度为100μm的石墨微片40质量份与氧化石墨烯40质量份、去离子水100质量份、乙醇3质量份混合，形成复合浆料；将复合浆料涂布在基膜表面，形成涂布膜；在涂布过程中施加磁场(磁场强度为200MT)，以使竖直导热材料沿涂布膜的垂直方向进行排列；在50℃烘干；固化；收卷；以及1500℃高温处理，压制，得到3D石墨复合导热材料。
实施例4
将纳米碳管、石墨分别磁化处理后，取长度为200μm的纳米碳管20质量份、长度为200μm的石墨30质量份与氧化石墨烯30质量份、去离子水100质量份、乙醇3质量份混合，形成复合浆料；将复合浆料涂布在基膜表面，形成涂布膜；在涂布过程中施加磁场(磁场强度为600MT)，以使竖直导热材料沿涂布膜的垂直方向进行排列；在100℃烘干；固化；收卷；以及2000℃高温处理，压制，得到3D石墨复合导热材料。
实施例5
将纳米碳纤维磁化处理后，取长度为300μm的纳米碳纤维50质量份与氧化石墨烯30质量份、去离子水100质量份、乙醇4质量份混合，形成复合浆料；将复合浆料涂布在基膜表面，形成涂布膜；在涂布过程中施加磁场(磁场强度为400MT)，以使竖直导热材料沿涂布膜的垂直方向进行排列；在75℃烘干；固化；收卷；以及3000℃高温处理，压制，得到3D石墨复合导热材料。
第三部分：性能参数对比分析
本部分对实施例1-5制备的3D石墨复合导热材料进行检测，其检测结果如表1所示。其中3D石墨复合导热材料的厚度可以根据使用场景设定，例如，一般在手机里面将3D石墨复合导热材料用做散热材料，其厚度在微米级，当然在其他领域也可以控制其厚度为mm级，如1-10mm。
表1 3D石墨复合导热材料的导热系数检测结果
Figure BDA0002834373340000071
综上所述，本发明的3D石墨复合导热材料及制备方法、复合浆料、智能手机以氧化石墨烯、竖直导热材料为主要原料制成混合浆料，并涂布在基膜表面形成涂布膜，在涂布膜烘干前(或在涂布过程中)通过外加磁场，使竖直导热材料沿涂布膜的垂直方向进行排列；最后通过高温处理，使氧化石墨烯形成多层石墨片层结构的多层结晶石墨，作为水平导热材料；既可以保证水平导热材料与竖直导热材料的混合均匀度，又可以保证涂布膜固化后，导热阵列嵌入且垂直导热层设置，相比传统的石墨或石墨复合材料，制备工艺步骤简单，热量传递途径更多，效率更高，适合大批量工业化生产。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种复合导热材料，其特征在于，包括：
导热层；
导热阵列，嵌入且垂直导热层设置；以及
所述导热层与导热阵列适于形成3D石墨结构。
2.根据权利要求1所述的复合导热材料，其特征在于，
所述导热层为多层结构，适于通过水平导热材料沿水平方向排列形成。
3.根据权利要求2所述的复合导热材料，其特征在于，
所述水平导热材料为氧化石墨烯通过高温处理后得到的多层结晶石墨。
4.根据权利要求1所述的复合导热材料，其特征在于，
所述导热阵列适于通过竖直导热材料沿竖直方向排列形成。
5.根据权利要求4所述的复合导热材料，其特征在于，
所述竖直导热材料包括碳纤维、石墨烯、纳米碳管、纳米碳纤维、石墨、石墨微片中的任一种或几种组合，且通过磁化处理；
所述竖直导热材料的粒度或长度为10～1000μm。
6.一种复合导热材料的制备方法，其特征在于，包括：
将氧化石墨烯、助剂、溶剂、竖直导热材料混合，形成复合浆料；
将复合浆料涂布在基膜表面，形成涂布膜；
施加磁场，以使竖直导热材料沿涂布膜的垂直方向进行排列；
烘干；
固化；
收卷；
高温处理；以及
压制，得到复合导热材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
所述烘干的参数包括：烘干温度为25～150℃；
所述磁场的参数包括：稳定磁场，其磁场强度为0～1000mT。
8.一种复合浆料，其特征在于，包括以下原料：
氧化石墨烯、竖直导热材料、溶剂和助剂。
9.一种智能手机，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的复合导热材料，以用于导热散热。
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