CN113666369A - 一种烯碳膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种烯碳膜及其制备方法，该烯碳膜包括聚酰亚胺膜；石墨烯层，复合在所述聚酰亚胺膜的两个表面上；所述烯碳膜的厚度为20～200微米；所述烯碳膜的水平导热系数为1000～1500w/(m·K)，所述烯碳膜的垂直导热系数为15～30w/(m·K)。相比于现有技术，本发明烯碳膜的厚度更厚，散热效果更好并且可以更好地覆盖在电子元件或者电子设备上；本发明烯碳膜的水平和垂直导热系数更高，传导热量更快，散热性能更好，并且可以实现高效的水平散热和垂直散热。
Description
技术领域
本发明属于导热件技术领域，尤其涉及一种烯碳膜及其制备方法。
背景技术
随着社会和科技的进步和发展，电子元件和电子设备的运用越来越广泛，集成度也越来越高。随着电子元件和电子设备的集成度变高，散热成了一大难题。如果电子元件和电子设备的热量过高将会导致元器件的温度升高，温度过高会影响元器件的寿命和性能，严重时会导致元器件失效甚至温度过高发生爆炸。
目前，为了解决电子元件和电子设备散热的问题，现有技术中采用导热件迅速将热量导出，保障电子元件和电子设备的正常运转。现有技术中的导热件通常为石墨散热片或者导热胶片，将其进行工艺制作后得到石墨散热片或者导热胶片，将石墨散热片或者导热胶片覆盖在电子元件或者电子设备上导出热量，进行散热。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：石墨散热片或者导热胶片的导热系数并不高，对于电子元件或者电子设备热量较高的情况水平散热和垂直散热的效果并不理想，不利于充分散热和不方便覆盖在电子元件或电子设备上。
发明内容
鉴于相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种烯碳膜及其制备方法，解决了现有技术中石墨散热片或者导热胶片的导热系数并不高，对于电子元件或者电子设备热量较高的情况水平散热和垂直散热的效果并不理想的技术问题。
为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：
一种烯碳膜，包括：
聚酰亚胺膜；
石墨烯层，复合在所述聚酰亚胺膜的两个表面上；
所述烯碳膜的厚度为20～200微米；所述烯碳膜的水平导热系数为 1000～1500w/(m·K)，所述烯碳膜的垂直导热系数为15～30w/(m·K)。
进一步地，所述烯碳膜的水平导热系数为1500w/(m·K)，所述烯碳膜的垂直导热系数为30w/(m·K)。烯碳膜的垂直导热系数和水平导热系数都比较高，传导热量的性能强，散热快，能实现垂直和水平散热。
进一步地，所述聚酰亚胺膜的相对密度为1.39～1.45g/cm3。在这个相对密度范围内能使烯碳膜达到较佳的散热效果。
进一步地，所述石墨烯层与所述聚酰亚胺膜的厚度比为1：(2～4)。石墨烯层与聚酰亚胺膜的厚度比过大，聚酰亚胺膜相比于复合在其表面的两层石墨烯层较薄，则不利于石墨烯层复合在聚酰亚胺膜的两个表面上；厚度比过小，覆盖在聚酰亚胺膜表面的两层石墨烯层相比于聚酰亚胺膜较薄，石墨烯层薄则会影响其散热性，从而导致烯碳膜的散热性能变弱。
进一步地，所述烯碳膜的比热为1～1.5J/(g.k)。烯碳膜的比热大，降温速度快，散热性能强。
进一步地，所述烯碳膜的工作温度范围为-40～400℃。烯碳膜的工作温度范围大，适用于多种温度的场合，其覆盖的电子元件或电子设备的适用性高。
进一步地，所述烯碳膜的耐击穿电压大于200V/μm。烯碳膜的耐击穿电压高，电子元件和电子设备防击穿性能强，不易损坏或烧坏。
为实现上述目的，本发明还提出一种烯碳膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将聚酰亚胺薄膜经过等离子处理；
步骤2)、将步骤1)处理过的聚酰亚胺薄膜在1400～1600℃下碳化10～14 小时，再在2500～3500℃石墨化15～20小时；
步骤3)、通过辊压或层压，得到烯碳膜。
进一步地，所述的烯碳膜的制备方法，所述步骤2)中处理过的聚酰亚胺薄膜在1600℃下碳化10～14小时，再在3500℃石墨化15～20小时。
进一步地，所述的烯碳膜的制备方法，所述步骤3)中进行辊压或层压的压力为400～500kg/cm3。辊压或层压的压力过小，聚酰亚胺薄膜和石墨烯层复合不充分，石墨烯层容易脱落；辊压或层压的压力过大，烯碳膜会受到损坏。
本发明的有益效果在于：本发明一种烯碳膜，包括：聚酰亚胺膜；石墨烯层，复合在所述聚酰亚胺膜的两个表面上；所述烯碳膜的厚度为20～200 微米；所述烯碳膜的水平导热系数为1000～1500w/(m·K)，所述烯碳膜的垂直导热系数为15～30w/(m·K)。相比于现有技术，1)本发明烯碳膜的厚度比现有技术中的导热膜的厚度要厚，散热效果更好并且可以更好地覆盖在电子元件或者电子设备上；2)本发明烯碳膜的水平和垂直导热系数比现有技术中的导热膜的导热系数要高，传导热量更快，散热性能更好，并且本发明烯碳膜可以实现更高效的水平散热和垂直散热。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请的描述中，应当理解，本申请中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例1
一种烯碳膜，包括：
聚酰亚胺膜；
石墨烯层，复合在聚酰亚胺膜的两个表面上；
烯碳膜的厚度为150微米；烯碳膜的水平导热系数为1500w/(m·K)，烯碳膜的垂直导热系数为30w/(m·K)。
该烯碳膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将聚酰亚胺薄膜经过等离子处理；
步骤2)、将步骤1)处理过的聚酰亚胺薄膜在1400℃下碳化10小时，再在2500℃石墨化15小时；
步骤3)、通过辊压或层压，得到烯碳膜。
将制得的烯碳膜覆盖在正在运行的CPU上，并测得烯碳膜覆盖正在运行的CPU之前的温度和覆盖后10分钟的CPU的温度，并计算两者的温差。
对比例1
与实施例1不同的是，本对比例中采用常规石墨散热片对正在运行的CPU 进行散热。
实施例2
一种烯碳膜，包括：
聚酰亚胺膜；
石墨烯层，复合在聚酰亚胺膜的两个表面上；
烯碳膜的厚度为100微米；烯碳膜的水平导热系数为1300w/(m·K)，烯碳膜的垂直导热系数为20w/(m·K)。
该烯碳膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将聚酰亚胺薄膜经过等离子处理；
步骤2)、将步骤1)处理过的聚酰亚胺薄膜在1400℃下碳化10小时，再在2500℃石墨化15小时；
步骤3)、通过辊压或层压，得到烯碳膜。
将制得的烯碳膜覆盖在正在运行的CPU上，并测得烯碳膜覆盖正在运行的CPU之前的温度和覆盖后10分钟的CPU的温度，并计算两者的温差。
实施例3
一种烯碳膜，包括：
聚酰亚胺膜；
石墨烯层，复合在聚酰亚胺膜的两个表面上；
烯碳膜的厚度为50微米；烯碳膜的水平导热系数为1000w/(m·K)，烯碳膜的垂直导热系数为15w/(m·K)。
该烯碳膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将聚酰亚胺薄膜经过等离子处理；
步骤2)、将步骤1)处理过的聚酰亚胺薄膜在1400℃下碳化10小时，再在2500℃石墨化15小时；
步骤3)、通过辊压或层压，得到烯碳膜。
将制得的烯碳膜覆盖在正在运行的CPU上，并测得烯碳膜覆盖正在运行的CPU之前的温度和覆盖后10分钟的CPU的温度，并计算两者的温差。
实施例4
一种烯碳膜，包括：
聚酰亚胺膜；
石墨烯层，复合在聚酰亚胺膜的两个表面上；
烯碳膜的厚度为150微米；烯碳膜的水平导热系数为1500w/(m·K)，烯碳膜的垂直导热系数为30w/(m·K)。
该烯碳膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将聚酰亚胺薄膜经过等离子处理；
步骤2)、将步骤1)处理过的聚酰亚胺薄膜在1500℃下碳化12小时，再在3000℃石墨化17小时；
步骤3)、通过辊压或层压，得到烯碳膜。
将制得的烯碳膜覆盖在正在运行的CPU上，并测得烯碳膜覆盖正在运行的CPU之前的温度和覆盖后10分钟的CPU的温度，并计算两者的温差。
实施例5
一种烯碳膜，包括：
聚酰亚胺膜；
石墨烯层，复合在聚酰亚胺膜的两个表面上；
烯碳膜的厚度为150微米；烯碳膜的水平导热系数为1500w/(m·K)，烯碳膜的垂直导热系数为30w/(m·K)。
该烯碳膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将聚酰亚胺薄膜经过等离子处理；
步骤2)、将步骤1)处理过的聚酰亚胺薄膜在1600℃下碳化14小时，再在3500℃石墨化20小时；
步骤3)、通过辊压或层压，得到烯碳膜。
将制得的烯碳膜覆盖在正在运行的CPU上，并测得烯碳膜覆盖正在运行的CPU之前的温度和覆盖后10分钟的CPU的温度，并计算两者的温差。
实施例6
一种烯碳膜，包括：
聚酰亚胺膜；
石墨烯层，复合在聚酰亚胺膜的两个表面上；
烯碳膜的厚度为200微米；烯碳膜的水平导热系数为1500w/(m·K)，烯碳膜的垂直导热系数为30w/(m·K)。
该烯碳膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、将聚酰亚胺薄膜经过等离子处理；
步骤2)、将步骤1)处理过的聚酰亚胺薄膜在1600℃下碳化14小时，再在3500℃石墨化20小时；
步骤3)、通过辊压或层压，得到烯碳膜。
将制得的烯碳膜覆盖在正在运行的CPU上，并测得烯碳膜覆盖正在运行的CPU之前的温度和覆盖后10分钟的CPU的温度，并计算两者的温差。
分别对实施例1～6和对比例1的烯碳膜的散热性能进行测试，测试结果见表1。
表1实施例和对比例的烯碳膜的散热性能的测试结果
测试结果如上表1所示：由实施例1和对比例1可知，CPU覆盖烯碳膜后的温度比采用常规石墨散热片散热后的温度要低得多，则烯碳膜的散热效果比均热板的散热效果更显著；由实施例1～3可知，烯碳膜的厚度越厚，垂直导热系数和水平导热系数越高，CPU覆盖烯碳膜后的温度越低，温差越大，则散热效果越好；由实施例1和实施例4～5可知，制备烯碳膜时的碳化温度和石墨化温度越高以及碳化时间和石墨化时间越长，CPU覆盖烯碳膜后的温度越低，温差越大，则散热效果越好；由实施例6可知该实施例为最佳实施例，烯碳膜的厚度最厚，垂直导热系数和水平导热系数最高，制备烯碳膜时的碳化温度和石墨化温度最高以及碳化时间和石墨化时间最长,CPU覆盖烯碳膜后的温度最低，温差最大，则散热效果最好。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种烯碳膜，其特征在于，包括：
聚酰亚胺膜；
石墨烯层，复合在所述聚酰亚胺膜的两个表面上；
所述烯碳膜的厚度为20～200微米；所述烯碳膜的水平导热系数为1000～1500w/(m·K)，所述烯碳膜的垂直导热系数为15～30w/(m·K)。
2.根据权利要求1所述的烯碳膜，其特征在于，所述烯碳膜的水平导热系数为1500w/(m·K)，所述烯碳膜的垂直导热系数为30w/(m·K)。
3.根据权利要求1所述的烯碳膜，其特征在于，所述聚酰亚胺膜的相对密度为1.39～1.45g/cm3。
4.根据权利要求1所述的烯碳膜，其特征在于，所述石墨烯层与所述聚酰亚胺膜的厚度比为1：(2～4)。
5.根据权利要求1所述的烯碳膜，其特征在于，所述烯碳膜的比热为1～1.5J/(g.k)。
6.根据权利要求1所述的烯碳膜，其特征在于，所述烯碳膜的工作温度范围为-40～400℃。
7.根据权利要求1所述的烯碳膜，其特征在于，所述烯碳膜的耐击穿电压大于200V/μm。
8.一种烯碳膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、将聚酰亚胺薄膜经过等离子处理；
步骤2)、将步骤1)处理过的聚酰亚胺薄膜在1400～1600℃下碳化10～14小时，再在2500～3500℃石墨化15～20小时；
步骤3)、通过辊压或层压，得到烯碳膜。
9.根据权利要求8所述的烯碳膜的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中处理过的聚酰亚胺薄膜在1600℃下碳化10～14小时，再在3500℃石墨化15～20小时。
10.根据权利要求8所述的烯碳膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中进行辊压或层压的压力为400～500kg/cm3。
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