CN112850697A - 高密度石墨烯导热膜的制备方法 - Google Patents

高密度石墨烯导热膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高密度石墨烯导热膜的制备方法，包括如下步骤：将氧化石墨烯饼料涂布并进行热处理制备形成石墨烯泡沫膜；将形成的所述石墨烯泡沫膜在真空环境下平压形成高密度石墨烯导热膜。本发明对石墨烯泡沫膜在真空环境下进行平压，无需过大压强，单次能够对多张石墨烯泡沫膜进行平压形成高密度、外观均匀的石墨烯导热膜，提高了石墨烯导热膜的产量并提高了石墨烯导热膜的可量产性。

Description

高密度石墨烯导热膜的制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯导热膜制备技术领域，具体涉及一种高密度石墨烯导热膜的制备方法。
背景技术
2010年，两位英国曼彻斯特大学教授Andre Geim和Konstantin Novoselov因为首次成功分离出稳定的石墨烯获得诺贝尔物理学奖，掀起了全世界对石墨烯研究的热潮。石墨烯(Graphene)是一种单分子层二维晶体，具有已知材料最高的强度以及优异的导电性和导热性，是目前最理想的二维纳米材料。石墨烯是已知材料中最薄的材料，拥有优异的电学性能、热学性能和机械性能。
Yi Lin等通过在石墨烯上打孔，增加冷压的排气性，提高石墨烯粉成型的密度，其中HG55在300Mpa以上情况下密度可达到1.4g/cm3，此方案石墨烯制作成本高、压强大，压出外观不均匀，很难量产。
陈曲等发泡的超厚石墨卷材经过上扎孔针与下扎孔针处理后出现密集的排气孔，这些排气孔在压延器械中，可以有效地排除空气，从而避免了压延气泡的产生。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高密度石墨烯导热膜的制备方法，在真空环境下对石墨烯泡沫膜平压在保证排气性提升石墨烯导热膜的密度的同时提升石墨烯导热膜的外观均匀性。
为了解决上述问题，本发明提供一种高密度石墨烯导热膜的制备方法，包括如下步骤：
将氧化石墨烯饼料涂布并进行热处理制备形成石墨烯泡沫膜；
将形成的所述石墨烯泡沫膜在真空环境下平压形成高密度石墨烯导热膜。
优选地，所述石墨烯泡沫膜的密度为0.05g/cm3～1.4g/cm3，所述高强度石墨烯导热膜的密度为1.7g/cm3～2.26g/cm3。
优选地，所述热处理包括：
对涂布的氧化石墨烯膜依次进行低温炭化、高温炭化及石墨化处理。
优选地，所述低温炭化的最高温度为300℃；所述高温炭化的最高温度为950℃～1200℃；所述石墨化处理的最高温度为2700～3100℃。
优选地，所述真空环境的真空度不大于500Pa。
优选地，平压采用真空平压机进行，平压压力为P，1Mpa≤P≤100Mpa。
优选地，30Mpa≤P≤80Mpa；和/或，所述真空平压机中具有模具，制备的所述石墨烯泡沫膜通过隔纸间隔堆叠后填充进所述模具中进行平压。
优选地，所述模具为铁模具；和/或，所述隔纸为铜版纸、金属板中的一种。
优选地，所述铜版纸的克数与所述模具的尺寸成正比；和/或，所述平压进行多次，其中前一次平压将石墨烯泡沫膜与铜版纸作为隔板进行平压，后一次平压将前一次平压形成的石墨烯导热膜与金属板作为隔板堆叠后进行平压。
本发明提供的一种高密度石墨烯导热膜的制备方法，对石墨烯泡沫膜在真空环境下进行平压，无需过大压强，单次能够对多张石墨烯泡沫膜进行平压形成高密度、外观均匀的石墨烯导热膜，提高了石墨烯导热膜的产量并提高了石墨烯导热膜的可量产性。
附图说明
图1为本发明实施例的高密度石墨烯导热膜的制备方法的方法步骤。
具体实施方式
结合参见图1所示，根据本发明的实施例，提供一种高密度石墨烯导热膜的制备方法，包括如下步骤：
S100，将氧化石墨烯饼料涂布并进行热处理制备形成石墨烯泡沫膜；
S200，将形成的所述石墨烯泡沫膜在真空环境下平压形成高密度石墨烯导热膜。
该技术方案对石墨烯泡沫膜在真空环境下进行平压，无需过大压强，单次能够对多张石墨烯泡沫膜进行平压形成高密度、外观均匀的石墨烯导热膜，提高了石墨烯导热膜的产量并提高了石墨烯导热膜的可量产性。
具体的，形成的所述石墨烯泡沫膜的密度应保证为0.05g/cm3～1.4g/cm3，以能够保证在后续步骤中制备的所述高强度石墨烯导热膜的密度可以达到1.7g/cm3～2.26g/cm3。
所述热处理具体包括：对涂布的氧化石墨烯膜依次进行低温炭化、高温炭化及石墨化处理，其中，所述低温炭化的最高温度为300℃，能够缓慢去除氧化石墨烯膜中的杂质；所述高温炭化的最高温度为950℃～1200℃，能够进一步去除低温膜(低温炭化后形成的膜)的杂质；所述石墨化处理的最高温度为2700～3100℃，能够进一步去除杂质的同时修复膜内缺陷。
优选地，所述真空环境的真空度不大于500Pa，以保证所述石墨烯泡沫膜的排气顺畅与彻底，保证石墨烯导热膜的密度提升，试验证明，在真空度大于500Pa时，石墨烯泡沫膜的排气不彻底，石墨烯导热膜密度偏小。
平压采用真空平压机进行，平压压力为P，1Mpa≤P≤100Mpa，更为优选地，30Mpa≤P≤80Mpa，试验证明，当P小于30Mpa时，形成的石墨烯导热膜密度低于1.7g/cm3，而超过80Mpa时密度提升较小，但对于平压机械的要求则急剧提高，性价比较低。
可以理解的，所述真空平压机中具有模具，制备的所述石墨烯泡沫膜通过隔纸间隔堆叠后填充进所述模具中进行平压，其中所述模具优先采用铁模具，具有较高的机械强度且材料便宜，利于降低工艺成本。
所述隔纸可以是塑料纸(膜)、普通纸、石头纸、铜板纸、金属板、石墨纸、石墨板或陶瓷片中的一种，而隔纸选择的不同将关系到制备的石墨烯导热膜的外观均匀性，为了优化制备的石墨烯导热膜的外观均匀性，发明人采用各种材料的隔纸进行了相关的真空平压试验。
实施例1：
厚度300～400微米，密度0.18g/cm3的石墨烯泡沫膜，尺寸为240*240mm，一张隔纸一张膜，叠10组后放到250*250mm的铁模具中进行压膜，在真空度小于500pa和相同压膜的条件下，观察外观和测试密度，具体结果如下：
Figure BDA0002933022500000041
通过以上结果可知偏薄的A4纸、石头纸和PET容易褶皱、白卡纸平整性不错，但制备形成的导热膜表面颜色泛白有所污染；石墨纸与产品粘到一起，不能使用；钢板和PET表面光滑排气性不够好，200g/m2的铜版纸作为隔纸排气性及外观均匀性皆较优。也即，所述隔纸为铜版纸、金属板中的一种。
实施例2：
厚度500～600微米，密度0.18g/cm3的石墨烯泡沫膜，一张铜版纸一张膜，叠300组后放到不同尺寸铁模具中进行压膜，在真空度小于500pa的条件下进行压膜，压膜后取3张测试密度，具体结果如下：
Figure BDA0002933022500000051
压强从40Mpa增加到62Mpa，密度从1.89提升至1.97g/cm3。从序号1、5、6、7、8可知随着模具尺寸的增大，铜版纸需要克重更大才能保证导热膜不褶皱，也即，所述铜版纸的克数与所述模具的尺寸成正比。
实施例3：
厚度300～400微米，密度0.18g/cm3的石墨烯泡沫膜，尺寸为240*240mm，一张200g/m2铜版纸一张膜，叠30组后放到250*250mm的铁模具中进行压膜，在真空度小于500pa的条件下不同压力进行压膜，压膜后取3张测试密度，具体结果如下：
压力(T) 5.8 10 15 30 60 100 150 200
压强(Mpa) 0.1 1.74 2.6 5.2 10.4 17.36 26.04 34.72
密度(g/cm<sup>3</sup>) 0.56 0.76 0.77 1.15 1.51 1.71 1.78 1.83
由上表数据可知，压强从0～10.4Mpa，密度增加很快，后续再增加压强，密度上升变慢，说明刚开始排气容易，后续压实后排气越来越困难。
实施例4：
厚度500～600微米，密度0.18g/cm3的石墨烯泡沫膜，一张铜版纸一张膜，叠300组后放到300*345mm铁模具中进行压膜，在真空度小于500pa的条件下33.6Mpa进行压膜，压完后将其与一张0.2mm厚钢板(表面粗糙度Ra≤0.4)堆叠后22.4Mpa进行二次压膜。
Figure BDA0002933022500000052
增加一道钢板压膜可以提高导热膜的密度和平整性，密度为1.98g/cm3，粗糙度为Ra 0.953。
实施例5：
厚度500～600微米，密度0.18g/cm3的石墨烯泡沫膜，一张铜版纸一张膜，叠300组后放到300*345mm铁模具中进行压膜，在真空度小于500pa的条件下50Mpa进行压膜，压完后重新叠成一张0.2mm钢板(表面粗糙度Ra≤0.4)一张膜30Mpa进行压膜。
Figure BDA0002933022500000061
进一步增加压强，密度为2.13g/cm3，粗糙度为Ra 0.653。
由实施例4及5可以得出，所述平压进行多次，其中前一次平压将石墨烯泡沫膜与铜版纸作为隔板进行平压，后一次平压将前一次平压形成的石墨烯导热膜与金属板作为隔板堆叠后进行平压，能够显著提升石墨烯导热膜的密度及表面平整性。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高密度石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将氧化石墨烯饼料涂布并进行热处理制备形成石墨烯泡沫膜；
将形成的所述石墨烯泡沫膜在真空环境下平压形成高密度石墨烯导热膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯泡沫膜的密度为0.05g/cm3～1.4g/cm3，所述高强度石墨烯导热膜的密度为1.7g/cm3～2.26g/cm3。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热处理包括：
对涂布的氧化石墨烯膜依次进行低温炭化、高温炭化及石墨化处理。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述低温炭化的最高温度为300℃；所述高温炭化的最高温度为950℃～1200℃；所述石墨化处理的最高温度为2700～3100℃。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述真空环境的真空度不大于500Pa。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，平压采用真空平压机进行，平压压力为P，1Mpa≤P≤100Mpa。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，30Mpa≤P≤80Mpa；和/或，所述真空平压机中具有模具，制备的所述石墨烯泡沫膜通过隔纸间隔堆叠后填充进所述模具中进行平压。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述模具为铁模具；和/或，所述隔纸为铜版纸、金属板中的一种。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述铜版纸的克数与所述模具的尺寸成正比；和/或，所述平压进行多次，其中前一次平压将石墨烯泡沫膜与铜版纸作为隔板进行平压，后一次平压将前一次平压形成的石墨烯导热膜与金属板作为隔板堆叠后进行平压。
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