[发明专利]一种石墨化膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及功能薄膜材料技术领域，具体地，涉及一种石墨化膜及其制备方法和应用。公开了制备石墨化膜的方法，包括：(1)将二元胺单体、二元酐单体进行低温原位聚合；(2)将得到的混合溶液流延成膜；(3)将得到的石墨烯/聚酰胺酸复合薄膜依次进行牵伸处理、加热亚胺化；(4)将得到的石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜依次进行加热碳化和加热石墨化。还涉及制得的石墨化膜及其应用。通过边缘官能化石墨烯为填料并对石墨烯/聚酰胺酸复合薄膜进行适当牵伸，提高了复合薄膜结构的取向度和规整性，使得所制得的石墨化膜具有高定向性、高导电性和高导热性，有望更好的应用在微电子封装﹑电磁屏蔽﹑散热材料和电极材料等方面。

技术领域

本发明涉及功能薄膜材料技术领域，具体地，涉及一种石墨化膜及其制备方法和应用。

背景技术

由于石墨化膜杰出的耐热性和耐化学性、较高的热扩散性和导电性以及较低的热膨胀系数和气体渗透性，被广泛的应用于散热材料、耐热密封材料、电磁屏蔽材料以及燃料电池等各个领域。目前商业化的石墨化膜主要是由膨胀石墨碾压而成或高分子膜高温热解而成。相比较膨胀石墨碾压而成的石墨化膜，由高分子膜高温热解而成的石墨化膜具有更高的热扩散性、机械强度和柔韧性。

目前的高分子石墨化膜主要采用环氧树脂、酚醛树脂、高密度聚乙烯、聚丙烯酸、聚氨酯等作为前驱体。然而这类材料普遍存在石墨化困难、产率低、脆性大等缺陷，因此，选择更为合适的石墨化前驱体成为了高性能石墨化膜材料研究的一个重要方向。

与其他作为石墨化前驱体的高分子膜相比，芳杂环结构的聚酰亚胺具有分子结构范围广﹑结构强度高﹑碳化产率高等突出优点，因而早在20世纪60年代便引起研究者的广泛关注和迅速发展。以其作为前驱体制备的石墨化膜逐步应用于电磁屏蔽材料、燃料电池、锂离子电池、散热材料等领域。已有研究表明，选择分子链呈刚性且骨架结构较为平整的前驱体，或对前驱体进行适当的牵伸处理以及采用合理的热处理工艺等均可以有效地提高聚酰亚胺基石墨化膜的性能。如Michio Inagaki等人对比了不同结构组成的聚酰亚胺作为碳化前驱体时发现，刚性结构的PMDA/PDA基前驱体得到的碳膜显示出了良好的导电性。V.E.Smirnova等人研究了在PAA阶段进行拉伸处理对石墨化膜性能的影响，结果表明拉伸处理可提高石墨化膜的结晶度和取向度。但牵伸取向后的聚酰亚胺薄膜在石墨化过程中存在收缩率大、表面平整度低、易开裂等问题，限制了该技术的大范围应用与推广。

因此，现在急需一种能够提高石墨化膜平整度、韧性等综合性能的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术石墨化过程中存在收缩率大、表面平整度低、易开裂等问题，提供一种综合性能较优异的石墨化膜及其制备方法。

因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种制备石墨化膜的方法，该方法包括：

(1)将二元胺单体、二元酐单体在含有边缘官能化的石墨烯的有机溶剂中进行低温原位聚合，得到含有石墨烯和聚酰胺酸的混合溶液；

(2)将步骤(1)得到的混合溶液流延成膜，得到石墨烯/聚酰胺酸复合薄膜；

(3)将步骤(2)得到的石墨烯/聚酰胺酸复合薄膜依次进行牵伸处理、加热亚胺化，得到石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜；

(4)将步骤(3)得到的石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜依次进行加热碳化和加热石墨化。

第二方面，本发明提供了由上述方法制得的石墨化膜。

第三方面，本发明提供了上述石墨化膜在电磁屏蔽材料、燃料电池、锂离子电池和微电子封装中的应用。