CN218570706U - 一种石墨烯导热散热自支撑膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种石墨烯导热散热自支撑膜，解决了现有技术中的石墨烯薄膜Z方向导热散热效果差的技术问题。本实用新型包括水平石墨烯散热层和垂直石墨烯散热层。水平石墨烯散热层设置有至少一个，水平石墨烯散热层包括至少一层水平石墨烯，相邻两层水平石墨烯之间设有间隔，相邻两层水平石墨烯之间通过‑C‑Si‑O‑化学键连接；垂直石墨烯散热层设置有至少一个，垂直石墨烯散热层通过‑C‑Si‑O‑化学键与水平石墨烯散热层连接，垂直石墨烯散热层包括多层平行且间隔设置的垂直石墨烯，垂直石墨烯垂直于所述水平石墨烯，相邻两层垂直石墨烯之间均设有间隔，相邻两层垂直石墨烯之间通过‑C‑Si‑O‑化学键连接；水平石墨烯散热层与垂直石墨烯散热层在上下方向上交替布置。

Description

一种石墨烯导热散热自支撑膜

技术领域

本实用新型涉及散热材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯导热散热自支撑膜。

背景技术

随着电子器件密集度和功率密度不断增加，热流密度随之增大，导致电子器件单位面积产生的热量迅速增加。电子设备中功率密度的升级使得高效散热成为信息、通信、能量收集、交通、储能及照明技术进步的关键。传统的低功率元件由于热流密度较小，依靠装置散热即可正常工作，自身热阻及系统中的接触热阻等因素被忽略。随着处理器的运作频率不断提高与高功率LED产品的推出，越来越多的废热需有更大的散热表面积，然而采用自然对流方式的产品就是著眼于在有限空间之下提高散热表面积，而且散热鳍片的材质虽然常选用热传导系数较高的铝和铜等金属材料，但是金属的高热传导性只能有效将热源的热经由单一的点扩散到金属面，降温的机制仍然要靠金属表面与空气之间的温度差以自然热对流的形式发散，且一般金属表面的热辐射系数偏低，表面散热能力相对不足，不利于以自然散热为主的散热模组。要进一步增加散热效果，须提高热辐射效率。

石墨烯是一种碳原子以sp2杂化轨道组成的具有六角型蜂巢晶格结构的二维材料，面内X-Y方向导热系数高达5300W/m·K，其优异的导电导热、高强度、高透光率等性能使其在大功率电子器件、复合材料等领域得到了广泛的应用。由于石墨烯平面二维结构的特点，其X-Y方向导热率虽然很高，但其Z方向导热率却很差，传统化学气相沉积法大面积制备的石墨烯导热散热膜只能在面内的X-Y方向具有很好的导热性，限制了其应用。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种石墨烯导热散热自支撑膜，解决了现有技术中的石墨烯薄膜Z方向导热散热效果差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种石墨烯导热散热自支撑膜，包括水平石墨烯散热层和垂直石墨烯散热层。水平石墨烯散热层设置有至少一个，水平石墨烯散热层包括至少一层水平石墨烯，任意相邻的两层水平石墨烯之间设有间隔，且任意相邻的两层水平石墨烯之间通过-C-Si-O-化学键连接；垂直石墨烯散热层设置有至少一个，垂直石墨烯散热层通过-C-Si-O-化学键与水平石墨烯散热层连接，垂直石墨烯散热层包括多层平行且间隔设置的垂直石墨烯，垂直石墨烯垂直于所述水平石墨烯，任意相邻的两层垂直石墨烯之间均设有间隔，且任意相邻的两层垂直石墨烯之间通过-C-Si-O-化学键连接；水平石墨烯散热层与垂直石墨烯散热层在上下方向上交替布置。

进一步的，所述水平石墨烯散热层设置有奇数个，垂直石墨烯散热层设置有偶数个，垂直石墨烯散热层数量比水平石墨烯散热层数量多一层，水平石墨烯散热层和垂直石墨烯散热层按照垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层的方式交替布置，处于最外层的垂直石墨烯散热层用于与发热器件连接。

进一步的，所述水平石墨烯散热层设置有偶数个，垂直石墨烯散热层设置有奇数个，水平石墨烯散热层数量比垂直石墨烯散热层数量多一层，水平石墨烯散热层和垂直石墨烯散热层按照水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层的排列方式交替布置，处于最外层的水平石墨烯散热层用于与发热器件连接。

进一步的，所述水平石墨烯散热层在上下方向上的厚度为0.01μm-600μm；所述垂直石墨烯散热层在上下方向上的厚度为0.01μm-600μm。

进一步的，所述水平石墨烯散热层包括两层以上水平石墨烯，任意相邻两层水平石墨烯的间距均相等；和/或所述垂直石墨烯散热层包括两层以上垂直石墨烯，任意相邻两层垂直石墨烯的间距均相等。

进一步的，所述水平石墨烯散热层与所述垂直石墨烯散热层在上下方向上的厚度相等。

上述技术方案的有益效果是：由于石墨烯在其平面所在的方向有良好的导热性，水平石墨烯在水平方向具有良好的导热性，垂直石墨烯在垂直方向具有良好的导热性，水平石墨烯散热层与垂直石墨烯散热层在上下方向上交替布置，当热源与水平石墨烯散热层贴合时，热源的热量能够快速的沿其所贴近水平石墨烯散热层的表面传递，同时也有部分热量沿着垂直于水平石墨烯散热层的方向逐层向下传递，当热量由水平石墨烯散热层传至垂直石墨烯散热层时，由于组成垂直石墨烯散热层的垂直石墨烯所在平面垂直于所述水平石墨烯散热层，热量在垂直方向的传递速度加快，更容易沿垂直方向进行扩散，相比于同等厚度下仅由水平石墨烯散热层组成的支撑膜来讲，本实用新型所描述的支撑膜在水平方向和垂直方向均具有良好的导热性，可以将热源的热量从水平和垂直两个方向传导出去，有效提高散热效率。另外，当热源与垂直石墨烯散热层贴合时，热源的热量能够快速的沿其所贴近的垂直石墨烯散热层向下传递至水平石墨烯散热层，传递至水平石墨烯散热层的热量又能快速的沿水平方向传递，热源的热量也能够从水平和垂直两个方向传导出去，散热效率得到有效提高。

附图说明

图1是本实用新型的一种石墨烯导热散热自支撑膜的实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型的一种石墨烯导热散热自支撑膜的实施例2的结构示意图；

图3是本实用新型的一种石墨烯导热散热自支撑膜的实施例2 中的制备过程示意图。

图中：1、水平石墨烯散热层；2、垂直石墨烯散热层；3、石英基板。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

本实用新型的石墨烯导热散热自支撑膜的具体实施例如下：

实施例1

如图1所示，一种石墨烯导热散热自支撑膜包括两层水平石墨烯散热层1和连接在两层水平石墨烯散热层1之间的垂直石墨烯散热层2，两层水平石墨烯散热层1和垂直石墨烯散热层2按照水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层的排列方式交替布置。制备时，先通过常压化学气相沉积（APCVD）在石英基板表面生长出水平石墨烯散热层1，具体方式为将石英基板置于化学气相沉积炉中，通入甲烷等作为碳源，氩气等作为保护气，四乙氧基硅烷（TEOS）等作为硅源，在850~1200℃的条件下生长，降温后取出得到表面生长有水平石墨烯散热层1的石英基板3，再将表面生长有水平石墨烯散热层1的石英基板3置于等离子体化学气相沉积炉中，将沉积炉内抽真空，打开等离子体发生器，再通入甲烷等作为碳源，氩气等作为保护气，四乙氧基硅烷（TEOS）等作为硅源，在650~850℃的条件下生长出垂直结构石墨烯导热层2，再通过常压化学气相沉积（APCVD）在生长有水平石墨烯散热层1和垂直石墨烯散热层2的石英基板上再生长出一层水平石墨烯散热层1，最后将该水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层结构的自支撑膜从石英基板上剥离下来即可投入使用。需要说明的是，本实施例中采用的常压化学气相沉积工艺以及等离子体化学气相沉积工艺为现有技术，本实施例仅对相关步骤进行简要说明，不再详细介绍这两种工艺应用时的具体条件、参数、要求等内容。

该方式生成的水平石墨烯散热层1包括多层相互平行的水平石墨烯，垂直石墨烯散热层2包括多层相互平行的垂直石墨烯，垂直石墨烯垂直于水平石墨烯，垂直石墨烯散热层2和水平石墨烯散热层1在上下方向上的厚度相等，本实施例中，垂直石墨烯散热层和水平石墨烯散热层的厚度范围均在0.01μm-600μm内。水平石墨烯散热层1与垂直石墨烯散热层2之间通过-C-Si-O-化学键连接，各层水平石墨烯之间以及各层垂直石墨烯之间也通过-C-Si-O-化学键连接。

该水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层结构的自支撑膜在使用时，将一侧的水平石墨烯散热层1贴附在发热器件的表面上，发热器件的热量快速沿水平石墨烯散热层1所在的水平方向传递，并有部分热量向下逐层传递到垂直石墨烯散热层2上，传递到垂直石墨烯散热层2的热量快速沿垂直方向再传递到另一层水平石墨烯散热层1上，传递到另一层水平石墨烯散热层1上的热量再由水平方向快速传递。相比于同等厚度下仅由水平石墨烯散热层1组成的支撑膜来讲，本实施例相当于将组成支撑膜的部分在垂直方向上导热效果差的水平石墨烯散热层1置换成了与该水平石墨烯散热层1相同厚度的在垂直方向上导热效果好的垂直石墨烯散热层2，使该支撑膜在垂直方向上的导热能力提升，发热器件产生的热量能够从水平和垂直两个方向传导出去，散热效率得到有效提高。

实施例2

如图2所示，一种石墨烯导热散热自支撑膜包括两层垂直石墨烯散热层2和连接在两层垂直石墨烯散热层2之间的水平石墨烯散热层1，两层垂直石墨烯散热层2和水平石墨烯散热层1按照垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层的方式交替布置。制备时，先通过等离子体化学气相沉积（PECVD）在石英基板表面生长出垂直石墨烯散热层2，具体方式为将石英基板3置于等离子体化学气相沉积炉中，将沉积炉内抽真空，打开等离子体发生器，再通入甲烷等作为碳源，氩气等作为保护气，四乙氧基硅烷（TEOS）等作为硅源，在650~850℃的条件下生长垂直石墨烯散热层2，再将表面生长有垂直石墨烯散热层2的石英基板3置于化学气相沉积炉中，通入甲烷等作为碳源，氩气等作为保护气，四乙氧基硅烷（TEOS）等作为硅源，在850~1200℃的条件下生长，降温后得到水平石墨烯散热层1，再通过等离子体化学气相沉积（PECVD）在生长有垂直石墨烯散热层2和水平石墨烯散热层1的石英基板3上再生长出一层垂直石墨烯散热层2，最后将该垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层结构的自支撑膜从石英基板上剥离下来即可投入使用。需要说明的是，本实施例中采用的常压化学气相沉积工艺以及等离子体化学气相沉积工艺为现有技术，本实施例仅对相关步骤进行简要说明，不再详细介绍这两种工艺应用时的具体条件、参数、要求等内容。

该方式生成的水平石墨烯散热层1包括多层相互平行的水平石墨烯，垂直石墨烯散热层2包括多层相互平行的垂直石墨烯，垂直石墨烯垂直于水平石墨烯，垂直石墨烯散热层2和水平石墨烯散热层1在上下方向上的厚度相等，本实施例中，垂直石墨烯散热层和水平石墨烯散热层的厚度范围均在0.01μm-600μm内。水平石墨烯散热层1与垂直石墨烯散热层2之间通过-C-Si-O-化学键连接，各层水平石墨烯之间以及各层垂直石墨烯之间也通过-C-Si-O-化学键连接。

该垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层结构的自支撑膜在使用时，将其中一侧的垂直石墨烯散热层2贴附在发热器件的表面上，发热器件的热量快速沿垂直石墨烯散热层2所在的垂直方向传递至水平石墨烯散热层1上，传递到水平石墨烯散热层1的热量快速沿水平方向传递，并且有部分热量沿水平石墨烯散热层1逐层向下传递至另一层垂直石墨烯散热层2处，传递到另一层垂直石墨烯散热层2上的热量再由垂直方向快速传递。相比于同等厚度下仅由水平石墨烯散热层1组成的支撑膜来讲，本实施例相当于将组成支撑膜的部分在垂直方向上导热效果差的水平石墨烯散热层1置换成了与该水平石墨烯散热层1相同厚度的在垂直方向上导热效果好的垂直石墨烯散热层2，使该支撑膜在垂直方向上的导热能力提升，发热器件产生的热量能够从水平和垂直两个方向传导出去，散热效率得到有效提高。

本实用新型结构轻巧、导热散热性良好，特别适用于大功率电器件的导热散热。

在其它实施例中，该自支撑膜也可仅包括一层水平石墨烯散热层和与水平石墨烯散热层连接的一层垂直石墨烯散热层，此时，既可以使水平石墨烯散热层与发热器件连接，也可以使垂直石墨烯散热层与发热器件连接。

在其它实施例中，也可以使垂直石墨烯散热层在上下方向上的的厚度大于水平石墨烯散热层在上下方向上的厚度。

在其他实施例中，也可以设置多层水平石墨烯散热层和多层垂直石墨烯散热层，此时水平石墨烯散热层设有奇数层，垂直石墨烯散热层设有偶数层，垂直石墨烯散热层数量比水平石墨烯散热层数量多一层，按照垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层交替布置。或者垂直石墨烯散热层设置奇数层，水平石墨烯散热层设置偶数层，水平石墨烯散热层数量比垂直石墨烯散热层数量多一层，按照水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层的方式交替排列。

以上所述的本实用新型的实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种石墨烯导热散热自支撑膜，其特征在于，包括：

水平石墨烯散热层，水平石墨烯散热层设置有至少一个，水平石墨烯散热层包括至少一层水平石墨烯，任意相邻的两层水平石墨烯之间设有间隔，且任意相邻的两层水平石墨烯之间通过-C-Si-O-化学键连接；

垂直石墨烯散热层，垂直石墨烯散热层设置有至少一个，垂直石墨烯散热层通过-C-Si-O-化学键与水平石墨烯散热层连接，垂直石墨烯散热层包括多层平行且间隔设置的垂直石墨烯，垂直石墨烯垂直于所述水平石墨烯，任意相邻的两层垂直石墨烯之间均设有间隔，且任意相邻的两层垂直石墨烯之间通过-C-Si-O-化学键连接；

水平石墨烯散热层与垂直石墨烯散热层在上下方向上交替布置。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯导热散热自支撑膜，其特征在于，所述水平石墨烯散热层设置有奇数个，垂直石墨烯散热层设置有偶数个，垂直石墨烯散热层数量比水平石墨烯散热层数量多一层，水平石墨烯散热层和垂直石墨烯散热层按照垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层的方式交替布置，处于最外层的垂直石墨烯散热层用于与发热器件连接。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯导热散热自支撑膜，其特征在于，所述水平石墨烯散热层设置有偶数个，垂直石墨烯散热层设置有奇数个，水平石墨烯散热层数量比垂直石墨烯散热层数量多一层，水平石墨烯散热层和垂直石墨烯散热层按照水平石墨烯散热层-垂直石墨烯散热层-水平石墨烯散热层的排列方式交替布置，处于最外层的水平石墨烯散热层用于与发热器件连接。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种石墨烯导热散热自支撑膜，其特征在于，所述水平石墨烯散热层在上下方向上的厚度为0.01μm-600μm；所述垂直石墨烯散热层在上下方向上的厚度为0.01μm-600μm。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种石墨烯导热散热自支撑膜，其特征在于，所述水平石墨烯散热层包括两层以上水平石墨烯，任意相邻两层水平石墨烯的间距均相等；和/或所述垂直石墨烯散热层包括两层以上垂直石墨烯，任意相邻两层垂直石墨烯的间距均相等。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种石墨烯导热散热自支撑膜，其特征在于，所述水平石墨烯散热层与所述垂直石墨烯散热层在上下方向上的厚度相等。

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