CN113896535A - 一种石墨烯导热厚膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯导热厚膜的制备方法，包括以下步骤：采用热喷涂法将氧化石墨烯分散液喷涂于基膜上；干燥，形成氧化石墨烯层与基膜层的复合膜；对氧化石墨烯层进行还原；对复合膜进行碳化和石墨化；将碳化和石墨化的复合膜压制成石墨烯导热厚膜。本发明通过氧化石墨烯膜和由PI（聚酰亚胺）制备的人工石墨层进行复合，并一起进行热处理，解决了现有厚膜分层的问题，可制备出较厚的高导热的石墨烯复合膜，厚度可达300微米，且不分层不掉粉，耐弯折性能高。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯导热膜技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯导热厚膜的制备方法。
背景技术
随着现代微电子技术高速发展，电子设备（如笔记本电脑、手机、平板电脑、笔记本电脑等）日益变得超薄、轻便，这种结构使得电子设备内部功率密度明显提高，运行中所产生的热量不易排出、易于迅速积累而形成高温。另一方面，高温会降低电子设备的性能、可靠性和使用寿命。因此，当前电子行业对于作为热控系统核心部件的散热材料提出越来越高的要求，迫切需要一种高效导热、轻便的材料迅速将热量传递出去，保障电子设备正常运行。此外，在固体火箭发动机喉衬、核聚变堆用面对等离子体材料均需要具有高效导热性能的材料。
石墨烯是一种由碳原子在平面内六方紧密堆积形成的新型二维碳材料。作为目前世界上已知最薄的物质，石墨烯自2004年发现以来就因其独特而优异的物理化学性质而受到了全世界的关注，石墨烯导热膜还具备优良的机械性能，低密度、热膨胀系数小等优点，被认为是一种很有发展潜力的高效导热材料。
当前工业化的导热材料主要是金属材料(如：铜、铝)、天然石墨、人工石墨膜和石墨烯导热膜，金属材料一般压制成不同厚度的产品，称为铜箔或铝箔，其特点是密度大、表面为硬质表面，不易和散热界面良好接触。而且导热系数较低，仅能达到200~400w.m/k。天然石墨导热膜的优点是价格低，应用广泛，可做成各种厚度的材料，但导热系数较低，而且物理性能较差，容易褶皱和掉粉。人工石墨导热膜的原料是聚酰亚胺薄膜，其优点是导热系数较高，可达1000~1800w.m/k，但是其制造过程中污染环境，应用面较低，一般产品厚度低于50微米。
而随着5G技术的推广，热通量概念的提出，导热材料的厚度成为关键指标。石墨烯导热膜的厚度从40微米，逐步发展到200微米，并继续向300~500微米发展。但随着产品厚度的增加，后端工艺的难度越来越大，如容易产生分层和掉粉，而且产品的耐弯折性能会显著下降，这些问题都困扰石墨烯导热膜的发展。针对于此问题，我们发展了新的石墨烯导热膜的工艺。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足，提供一种石墨烯导热厚膜的制备方法，能够制备得到较厚的高导热的石墨烯复合膜，且该石墨烯导热厚膜是连续的卷材，方便使用。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种石墨烯导热厚膜的制备方法，包括以下步骤：
采用热喷涂法将氧化石墨烯分散液喷涂于基膜上；
干燥，形成氧化石墨烯层与基膜层的复合膜；
对氧化石墨烯层进行还原；
对复合膜进行碳化和石墨化；
将碳化和石墨化的复合膜压制成石墨烯导热厚膜。
优选的，所述氧化石墨烯分散液是将氧化石墨烯与N-甲基吡咯烷酮混合后，分散、过滤制得，该分散液既有利于成膜，又不会降低最终产品的性能。
优选的，所述氧化石墨烯与N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:8~10。
优选的，所述分散的转速为2000~2200 r/min，过滤的滤网孔径为500~600目。
优选的，所述基膜可以为聚酰亚胺薄膜，厚度为90~100μm，干燥后的复合膜厚度为250~260μm。
优选的，所述对氧化石墨烯层进行还原采用热还原或在喷涂前加入还原剂，如VC水溶液。
进一步优选的，所述热还原方法为，在氧化石墨烯层表面喷少量浓度为10%的HI溶液，然后在温度65~70℃下，保温10~12h进行干燥。
优选的，所述碳化温度＜1000℃，石墨化温度＜3000℃，以保证石墨晶体形成。
优选的，所述压制成石墨烯导热厚膜为将复合膜平压或辊压在离型膜或保护膜上，然后再进行剥离。
本发明所制备的石墨烯导热厚膜的厚度通常压制为100~200μm，也可以压制更厚的导热厚膜，厚度最高可达300μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过氧化石墨烯膜和由PI（聚酰亚胺）制备的人工石墨层进行复合，与传统热喷涂工艺中喷在底膜上，后面和底膜分离相比，本发明的氧化石墨烯膜和底膜一起进行热处理，解决了现有厚膜分层的问题，可制备出较厚的高导热的石墨烯复合膜，厚度可达300微米，且不分层不掉粉，耐弯折性能高。
具体实施方式
下面将结合具体实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。
实施例1
一种石墨烯导热厚膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将10公斤氧化石墨烯干粉分散于90公斤N-甲基吡咯烷酮中，在高速分散机中，2000r/min，处理4小时，过500目筛网；
（2）采用热喷涂法将氧化石墨烯水溶液喷涂在厚度100微米的聚酰亚胺薄膜上，长度100米，干燥，形成氧化石墨烯层与基膜层的复合膜，干燥后总厚度250微米 ；
（3）在氧化石墨烯表面喷上少量10％的HI溶液，在烘箱干燥，温度65度，保温12小时；
（4）经过碳化和石墨化，碳化最高温度1000度，石墨化最高温度3000度；
（5）通过辊压机，得到石墨烯导热厚膜，厚度200微米，其导热系数为1400W/M.K，180°耐弯折次数超过1万次。
实施例2
一种石墨烯导热厚膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将10公斤氧化石墨烯干粉分散于80公斤N-甲基吡咯烷酮中，在高速分散机中，2000r/min，处理4小时，过500目筛网；
（2）采用热喷涂法将氧化石墨烯水溶液喷涂在厚度100微米的聚酰亚胺薄膜上，长度100米，干燥，形成氧化石墨烯层与基膜层的复合膜，干燥后总厚度250微米 ；
（3）在氧化石墨烯表面喷上少量10％的HI溶液，在烘箱干燥，温度65度，保温12小时；
（4）经过碳化和石墨化，碳化最高温度1000度，石墨化最高温度3000度；
（5）通过辊压机，得到石墨烯导热厚膜，厚度180微米，其导热系数为1400W/M.K，180°耐弯折次数超过1万次。
实施例3
一种石墨烯导热厚膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将10公斤氧化石墨烯干粉分散于100公斤N-甲基吡咯烷酮中，在高速分散机中，2200r/min，处理4小时，过500目筛网；
（2）采用热喷涂法将氧化石墨烯水溶液喷涂在厚度100微米的聚酰亚胺薄膜上，长度100米，干燥，形成氧化石墨烯层与基膜层的复合膜，干燥后总厚度250微米 ；
（3）在氧化石墨烯表面喷上少量10％的HI溶液，在烘箱干燥，温度65度，保温12小时；
（4）经过碳化和石墨化，碳化最高温度1000度，石墨化最高温度3000度；
（5）通过辊压机，得到石墨烯导热厚膜，厚度300微米，其导热系数为1400W/M.K，180°耐弯折次数超过1万次。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和技术原理的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的，这些修改和变更也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种石墨烯导热厚膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用热喷涂法将氧化石墨烯分散液喷涂于基膜上；
干燥，形成氧化石墨烯层与基膜层的复合膜；
对氧化石墨烯层进行还原；
对复合膜进行碳化和石墨化；
将碳化和石墨化的复合膜压制成石墨烯导热厚膜。
2.根据权利要求1所述的石墨烯导热厚膜的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液是将氧化石墨烯与N-甲基吡咯烷酮混合后，分散、过滤制得。
3.根据权利要求2所述的石墨烯导热厚膜的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:8~10。
4.根据权利要求2所述的石墨烯导热厚膜的制备方法，其特征在于，所述分散的转速为2000~2200 r/min，过滤的滤网孔径为500~600目。
5.根据权利要求1所述的石墨烯导热厚膜的制备方法，其特征在于，所述基膜厚度为90~100μm，干燥后的复合膜厚度为250~260μm。
6.根据权利要求1所述的石墨烯导热厚膜的制备方法，其特征在于，所述对氧化石墨烯层进行还原采用热还原或在喷涂前加入还原剂。
7.根据权利要求6所述的石墨烯导热厚膜的制备方法，其特征在于，所述热还原方法为，在氧化石墨烯层表面喷浓度为10%的HI溶液，然后在温度65~70℃下，保温10~12h进行干燥。
8.根据权利要求1所述的石墨烯导热厚膜的制备方法，其特征在于，所述碳化温度＜1000℃，石墨化温度＜3000℃。
9.根据权利要求1所述的石墨烯导热厚膜的制备方法，其特征在于，所述压制成石墨烯导热厚膜为将复合膜平压或辊压在离型膜或保护膜上，然后再进行剥离。
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