CN216359814U - 一种三维导热吸波增强复合膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维导热吸波增强复合膜，包括导热吸波复合膜，所述导热吸波复合膜包括石墨烯层以及与石墨烯层相连的MXene层；所述导热吸波复合膜上沿厚度方向开设有若干贯穿导热吸波复合膜上下表面的通孔，所述通孔内固定有若干包覆有石墨烯膜的金刚石粒子；所述包覆有石墨烯膜的金刚石粒子包括金刚石粒子和石墨烯膜。本申请中，石墨烯层具有优良的导热效果，MXene层作为增强层添加到导热吸波复合膜中，显著提高了三维导热吸波增强复合膜的吸波性能；在导热吸波复合膜的厚度方向穿设有包覆有石墨烯膜的金刚石粒子，提高了三维导热吸波增强复合膜的纵向导热性能，还能提高三维导热吸波增强复合膜的强度。

Description

一种三维导热吸波增强复合膜

技术领域

本发明涉及导热吸波材料领域，尤其是涉及一种三维导热吸波增强复合膜。

背景技术

随着5G时代的来临，电子产品逐步向轻量化、高集成化方向发展，导致设备的发热量大幅度上升，为了满足高热量传导的需求，热界面材料应运而生。石墨烯导热膜导热系数最高可达2000W/(m·K)，较常规石墨膜具有更好的导热性能，是一种可以应用于热流密度大的芯片散热领域的新型热界面材料。

电子芯片工作频率不断升高，电磁干扰问题也越来越突显。然而单纯石墨烯导热膜由于石墨烯的电导率过大，不利于电磁波吸收，在吸收领域的应用受到限制。MXenes材料作为具有结构二维晶体结构材料，不仅有着良好的机械性能，将MXene层添加到石墨烯导热膜中，即包括石墨烯层和MXene层的导热吸波复合膜可以提高电子芯片材料的导热和吸波性能。

但本申请人在研究过程中发现包括石墨烯层和MXene层的导热吸波复合膜仅能提高石墨烯导热膜的吸波性能，导热系数会降低，难以满足目前热流密度较大的芯片散热领域的高热量传导需求，尤其是纵向的导热系数。

实用新型内容

为了提高石墨烯导热膜的吸波性能和纵向导热性能，本申请提供一种三维导热吸波增强复合膜。

第一方面，本申请提供一种三维导热吸波增强复合膜，采用如下技术方案实现：

一种三维导热吸波增强复合膜，包括导热吸波复合膜，所述导热吸波复合膜包括石墨烯层以及与石墨烯层相连的MXene层；所述导热吸波复合膜上沿厚度方向开设有若干贯穿导热吸波复合膜上下表面的通孔，所述通孔内固定有若干包覆有石墨烯膜的金刚石粒子；所述包覆有石墨烯膜的金刚石粒子包括金刚石粒子和石墨烯膜。

通过采用上述技术方案，石墨烯层具有优良的导热效果，MXene层作为增强层添加到导热吸波复合膜中，显著提高了三维导热吸波增强复合膜的吸波性能；在导热吸波复合膜的厚度方向穿设有包覆有石墨烯膜的金刚石粒子，提高了三维导热吸波增强复合膜的纵向导热性能，还能提高三维导热吸波增强复合膜的强度。

金刚石粒子表面包覆有石墨烯膜，有效改善了金刚石粒子与导热吸波复合膜的界面相容性不好的缺陷，使包覆有石墨烯膜的金刚石粒子更稳定地固定在通孔内，提高了三维导热吸波增强复合膜的纵向导热系数和力学强度。

可选的，所述金刚石粒子的粒径为20-90nm。

通过采用上述技术方案，粒径为20-90nm的金刚石粒子比表面积较大，且不易团聚，且金刚石粒子和表面包覆的石墨烯膜之间的结合紧密度高，提高了通孔内包覆有石墨烯膜的金刚石粒子与导热吸波复合膜的界面相容性，使包覆有石墨烯膜的金刚石粒子更稳定地固定在通孔内。

可选的，所述石墨烯膜的厚度为0.2-1μm。

通过采用上述技术方案，厚度为0.2-1μm的石墨烯膜可以完全包覆金刚石粒子，提高了通孔内金刚石粒子与导热吸波复合膜的界面相容性，且石墨烯膜还能进一步提高三维导热吸波增强复合膜的纵向导热系数；同时石墨烯膜的厚度不至于过厚，能充分发挥金刚石粒子的作用，从而提高了三维导热吸波增强复合膜的强度。

可选的，所述通孔在导热吸波复合膜上均匀间隔分布。

通过采用上述技术方案，导热吸波复合膜上均匀间隔分布有通孔，可以提高三维导热吸波增强复合膜厚度方向上的热传导性能和导热均匀性，有利于芯片材料均匀地进行高热量传导，且导热吸波复合膜上均匀间隔分布有包覆有石墨烯膜的金刚石粒子，还能提高三维导热吸波增强复合膜厚度方向上的吸波均匀性和强度均匀性。

可选的，相邻两通孔中心的间距为50-200μm。

通过采用上述技术方案，通孔的排布密度会影响三维导热吸波增强复合膜的力学性能以及厚度方向上的热传导性能和吸波性能。具体而言，若相邻通孔间距超过200μm，金刚石粒子在导热吸波复合膜上分布过于稀疏，在导热吸波复合膜厚度方向上导热和吸波通道过少，降低了三维导热吸波增强复合膜的纵向导热系数和吸波性能；若相邻通孔的间距小于50μm，通孔分布过于密集，会增加打孔的难度，且导热吸波复合膜的力学性能会受到影响。

可选的，所述通孔的孔径为20-100μm。

通过采用上述技术方案，通孔的孔径大小会影响导热吸波复合膜的力学性能以及厚度方向上的导热性能和吸波性能，同时，通孔的孔径也会影响金刚石粒子的含量多少。具体而言，当通孔的孔径小于20μm时，通孔内金刚石粒子含量较低，不利于提高三维导热吸波增强复合膜的力学性能以及厚度方向上的导热性能和吸波性能；若通孔孔径大于100μm，但金刚石粒子很难稳定固定在通孔内，所以金刚石粒子会在一定程度上跑到导热吸波复合膜表面，也会降低三维导热吸波增强复合膜的力学性能以及厚度方向上的导热性能和吸波性能。

可选的，所述三维导热吸波增强复合膜的厚度为10-700μm。

通过采用上述技术方案，三维导热吸波增强复合膜的厚度最薄可达到10μm，能满足一些高紧密度、轻量化的电子产品需求；三维导热吸波增强复合膜的厚度最厚可达到700μm，具体厚度根据电子芯片的使用场景进行选择，适用范围广。

可选的，所述石墨烯层的厚度为8-500μm。

通过采用上述技术方案，石墨烯层的厚度主要是由石墨烯用量多少来决定的，石墨烯是一种由碳原子堆积而成的单层二维蜂窝状晶格结构的新型碳材料，石墨烯不仅具有优异的力学、光学、电学等性能，还具有较好的热学性能。且石墨烯层的厚度也是依据三维导热吸波增强复合膜的厚度来决定的，当三维导热吸波增强复合膜的厚度为10μm、石墨烯层的厚度为8μm时，三维导热吸波增强复合膜的横向导热性能优异；当三维导热吸波增强复合膜的厚度为700μm、石墨烯层的厚度为500μm时，三维导热吸波增强复合膜的导热性能也很优异。

可选的，所述MXene层的厚度为2-200μm。

通过采用上述技术方案，MXene层的厚度主要是由MXene材料用量多少来决定的，MXene材料具有二维晶体结构，在力学、磁学、电学等方面都具有非常优异的性质。且MXene层的厚度也是依据三维导热吸波增强复合膜的厚度来决定的，MXene层的厚度影响三维导热吸波增强复合膜的厚度的吸波性能。当三维导热吸波增强复合膜的厚度为10μm、石墨烯层的厚度为2μm时，当三维导热吸波增强复合膜的厚度为700μm、石墨烯层的厚度为200μm时，三维导热吸波增强复合膜的吸波性能优异。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请中，石墨烯层具有优良的导热效果，MXene层作为增强层添加到导热吸波复合膜中，显著提高了三维导热吸波增强复合膜的吸波性能；在导热吸波复合膜的厚度方向穿设有金刚石粒子，提高了三维导热吸波增强复合膜的纵向导热性能，还能提高三维导热吸波增强复合膜的强度。

2、本申请中，金刚石粒子表面包覆有石墨烯膜，有效改善了金刚石粒子与导热吸波复合膜的界面相容性不好的缺陷，使金刚石粒子更稳定地固定在通孔内，提高了三维导热吸波增强复合膜的纵向导热系数和力学强度。

3、本申请中，通孔在导热吸波复合膜上均匀间隔分布，可以提高三维导热吸波增强复合膜厚度方向上的热传导性能和导热均匀性，有利于芯片材料均匀地进行高热量传导，且导热吸波复合膜上均匀间隔分布有金刚石粒子，还能提高三维导热吸波增强复合膜厚度方向上的吸波均匀性和强度均匀性。

附图说明

图1是本申请中实施例一种三维导热吸波增强复合膜的整体结构示意图。

图2是包覆有石墨烯膜的金刚石粒子的结构示意图。

图3是图2中A-A向的剖视图，主要用于表示包覆有石墨烯膜的金刚石粒子的内部结构。

附图标记说明：1、导热吸波复合膜；2、石墨烯层；3、MXene层；4、通孔；5、包覆有石墨烯膜的金刚石粒子；6、金刚石粒子；7、石墨烯膜。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例1公开一种三维导热吸波增强复合膜。

参照图1，三维导热吸波增强复合膜，包括导热吸波复合膜1，导热吸波复合膜1包括石墨烯层2以及与石墨烯层2相连的MXene层3。石墨烯层2由层状的石墨烯片组成，使三维导热吸波增强复合膜具备优异的导热性能。MXene层3由MXene纳米片组成，电磁波可在MXene纳米片的层间不断反射/折射，从而起到吸波作用，使三维导热吸波增强复合膜具备优异的吸波性能。

三维导热吸波增强复合膜的厚度可以依据电子芯片的导热和吸波需求进行调整。在一些优选的实施例中，三维导热吸波增强复合膜的厚度可以为10-700μm，对应石墨烯层2的厚度可以为8-500μm，MXene层3的厚度可以为2-200μm。对于一些对电子芯片的厚度要求较高的产品，例如芯片的导热和吸波等场景，需要使用很薄的三维导热吸波增强复合膜以减少电子芯片的整体厚度，而本申请实施例提供的三维导热吸波增强复合膜最薄可以做到10μm，此时石墨烯层2的厚度为8μm、MXene层3的厚度为2μm，完全满足芯片的导热和吸波的需求。

参照图1，在导热吸波复合膜上1沿厚度方向开设有若干贯穿导热吸波复合膜1上下表面的通孔4，通孔4贯穿石墨烯层2和MXene层3。通孔4在导热吸波复合膜1上开设有多个，且所有通孔4均匀间隔分布。通孔4的孔径和分布间距均会影响三维导热吸波增强复合膜的热传导性能和力学性能。在一些优选的实施例中，通孔4的孔径可以为20-100μm，相邻两通孔4中心的间距可以为50-200μm。每个通孔4中均固定有若干包覆有石墨烯膜的金刚石粒子5。石墨烯层2内部存在孔隙，包覆有石墨烯膜的金刚石粒子5分布在通孔4的内壁和石墨烯层2的孔隙中，提高了三维导热吸波增强复合膜的强度和纵向导热性能。

参照图2和图3，包覆有石墨烯膜的金刚石粒子5包括金刚石粒子6和石墨烯膜7。金刚石粒子6表面包覆有石墨烯膜7有效改善了金刚石粒子6与导热吸波复合膜1的界面相容性不好的缺陷，使包覆有石墨烯膜的金刚石粒子5更稳定地固定在通孔4内，提高了三维导热吸波增强复合膜的纵向导热系数和力学强度。金刚石粒子6的粒径和石墨烯膜7的厚度会影响三维导热吸波增强复合膜的强度和纵向导热性能。在一些优选的实施例中，金刚石粒子6的粒径可以为20-90nm，石墨烯膜的厚度可以为0.2-1μm。

本申请实施例一种三维导热吸波增强复合膜的实施原理为：电磁波传递至MXene层3上，不断地在MXene层3间进行反射和折射，实现吸波作用；而石墨烯层2为高导热的石墨烯材料，接触形成的导热通路导热效率高，在宏观上表现为三维导热吸波增强复合膜具备较高的导热系数。由于导热吸波复合膜1的导热效果具有各向异性，即在导热吸波复合膜1层内方向热导率高，在导热吸波复合膜1层间方向热导率低，所以通过在层间方向穿设包覆有石墨烯膜的金刚石粒子5，可以有效提高导热吸波复合膜1层间方向上的热导率，进而提高三维导热吸波增强复合膜的纵向导热性能。由于金刚石粒子6硬度高，导热吸波复合膜1层间穿设包覆有石墨烯膜的金刚石粒子5还能提高三维导热吸波增强复合膜的强度。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种三维导热吸波增强复合膜，包括导热吸波复合膜（1），其特征在于，所述导热吸波复合膜（1）包括石墨烯层（2）以及与石墨烯层（2）相连的MXene层（3）；所述导热吸波复合膜（1）上沿厚度方向开设有若干贯穿导热吸波复合膜（1）上下表面的通孔（4），所述通孔（4）内固定有若干包覆有石墨烯膜的金刚石粒子（5）；所述包覆有石墨烯膜的金刚石粒子（5）包括金刚石粒子（6）和石墨烯膜（7）。

2.根据权利要求1所述的一种三维导热吸波增强复合膜，其特征在于，所述金刚石粒子（6）的粒径为20-90nm。

3.根据权利要求1所述的一种三维导热吸波增强复合膜，其特征在于，所述石墨烯膜（7）的厚度为0.2-1μm。

4.根据权利要求1所述的一种三维导热吸波增强复合膜，其特征在于，所述通孔（4）在导热吸波复合膜（1）上均匀间隔分布。

5.根据权利要求4所述的一种三维导热吸波增强复合膜，其特征在于，相邻两通孔（4）中心的间距为50-200μm。

6.根据权利要求4所述的一种三维导热吸波增强复合膜，其特征在于，所述通孔（4）的孔径为20-100μm。

7.根据权利要求1所述的一种三维导热吸波增强复合膜，其特征在于，所述三维导热吸波增强复合膜的厚度为10-700μm。

8.根据权利要求1所述的一种三维导热吸波增强复合膜，其特征在于，所述石墨烯层（2）的厚度为8-500μm。

9.根据权利要求8所述的一种三维导热吸波增强复合膜，其特征在于，所述MXene层（3）的厚度为2-200μm。

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