[发明专利]一种石墨烯散热材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明申请涉及一种石墨烯散热材料及其制备方法和应用，属于新材料应用技术领域。

背景技术

随着电子器件微型化的飞速发展，尤其突显的是电子线路板上的元器件日益密集，使得电子产品表面温度也在升高，电子产品的热量管理成为产品设计的重要课题。随着大屏幕触控电子设备的出现，消费电子产品也开始全新的设计方向，更小尺寸、更薄的设计越发流行。2G、3G手机、平板电脑、电子书、笔记型电脑等，该类电子设备密集的元器件带来产品内部温度的快速升高，而元器件也迫切需要一个相对低温的环境才能可靠的运行，这是散热系统需要解决的问题。

石墨烯(Graphene)是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯，是一种只有一个碳原子厚度所组成的二维材料。石墨烯目前是世界上最薄、也是最坚硬的纳米材料，只吸收2.3％的光，可以说几乎是透明的，同时导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下的电子迁移率就可以超过15000cm²/V·s，而电阻率只约10^-6Ω·cm，为目前世界上电阻率最小的材料。

由于电子产品中的风扇散热系统已经不再适应超薄平板化的设计空间，而石墨烯材料由于其优异的导热性能，可以将热量均匀传递到周围环境中，同时还能保证电子产品外壳温度在用户可以接受的程度内，最高效率的提高用户的舒适度，并且避免了产品不同部位的温差过大。目前已经使用的天然石墨材料和人工合成石墨材料已经有了一定改善，但是，由于材料自身的限制，天然石墨材料平面导热低于600W/mk，厚度一般高于0.05mm，难于应用在一些高功率、散热要求高的电子设备上，而人工合成石墨尺寸有较大限制，难以应用到尺寸超过30cmX30cm大小的电子设备上。

发明内容

本发明申请即是针对目前在散热材料领域，尤其电子产品散热材料领域所存在的上述问题，提供一种导热性能优异的石墨烯散热膜及其制备方法和应用，从而达到提高电子产品的散热效果、降低电子产品温度、提高用户使用舒适度和提高电子产品可靠性及使用寿命的目的。

本发明申请的一个目的是提供一种石墨烯散热材料，所述的石墨烯散热材料包括一层以上的石墨烯散热膜，所述的石墨烯散热膜包括互相结合在一起的支撑层、石墨烯层和粘合层，石墨烯层位于支撑层和粘合层之间，且包括一层以上的单分子厚度的石墨烯或石墨烯复合材料。

在本发明申请中，“一层以上”即指层数≥1，当所述的石墨烯层为两层以上时，石墨烯散热膜称为“石墨烯复合散热膜”；当所述的石墨烯散热膜为两层以上是，所述的石墨烯散热材料称为“多层石墨烯散热膜”。

进一步的，所述的石墨烯散热膜中，石墨烯层为平面导热率在400W/mk-3000W/mk之间的石墨烯薄膜，优选导热率在600W/mk-1500W/mk之间的石墨烯薄膜。

进一步的，所述的石墨烯散热膜中，石墨烯层厚度大于或等于单层石墨烯原子厚度，厚度低于300um，优选5um-50um。

进一步的，在所述的石墨烯散热膜中，所述支撑层采用导热率为0.03～500W/mk的材料，优选导热率0.03W-0.5W/mk的材料，包括绝缘性树脂、金属箔、金属单面胶带、单面绝缘胶带、双面绝缘胶带，厚度为0.01mm-0.05mm。

进一步的，所述支撑层可以采用贴合、涂布、刷涂、喷涂、浸渍、压合、电镀等工艺附着在石墨烯层上。

进一步的，在所述的石墨烯散热膜中，所述粘合层包括压敏胶或热溶胶，粘合层厚度为0.005mm-0.05mm，优选厚度为0.01mm，粘合层可以采用贴合，涂布、刷涂、喷涂、浸渍等公众熟知工艺在石墨烯层表面形成粘合层。

本发明申请还提供一种包括上述石墨烯散热材料的散热材料，所述的散热材料包括所述的石墨烯散热材料和位于发热器件与石墨烯散热材料之间的热界面材料。

进一步的，所述的热界面材料包括导热硅胶、天然石墨片、裂解石墨片、导热硅脂、导热胶、铟合金导热垫或相变导热材料。

本发明申请的另一个目的是提供上述石墨烯散热材料的制备方法，所述的方法包括如下的步骤：

1、石墨烯层的制作，包括如下并列的几种方法：

1)撕胶带法/轻微摩擦法：是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯；