[发明专利]一种石墨烯/聚酰亚胺导热膜及其制备方法

说明书

本申请实施例提供一种石墨烯/聚酰亚胺导热膜及其制备方法，涉及石墨烯领域。石墨烯/聚酰亚胺导热膜的制备方法主要是将以水为介质的聚酰胺酸纳米乳液加入到以水为介质的石墨烯分散液中，搅拌得到石墨烯/聚酰胺酸复合浆料；将石墨烯/聚酰胺酸复合浆料依次进行自组装成膜、亚胺化、碳化、石墨化。该制备方法成本低、环境友好，适合大批量生产，还能够降低导热膜内部石墨烯片与片之间的界面热阻，提高导热率。

技术领域

本申请涉及石墨烯领域，具体而言，涉及一种石墨烯/聚酰亚胺导热膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphenes)是由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料，石墨烯的导热系数为5300W/(m·K)，是已知导热系数最高的材料，其散热效率远高于目前的商用石墨散热片。虽然目前单纯用石墨烯制备石墨烯导热膜的制备工艺过程易控、成本低、环境友好，制得的石墨烯导热膜相对其他散热材料具有机械性能较好、导热系数较高，质量轻、材料薄、柔韧性好等特点。但是单纯用石墨烯制备的石墨烯导热膜的导热率仍然偏低，难以满足对散热提出更高要求的场合。

为了提高石墨烯薄膜的导热率，目前已经出现了一些采用氧化石墨烯和聚酰胺酸为原料制备的石墨烯/聚酰亚胺复合膜，通常是先将氧化石墨烯制成分散液，聚酰胺酸制成溶液，再将二者混合自组装成膜、亚胺化、碳化、石墨化得到石墨烯/聚酰亚胺复合膜。但是这类石墨烯/聚酰亚胺复合膜采用氧化石墨烯为原料，成本高，分散较困难，而且混合后聚酰胺酸在其中的分散均匀性也不可控，还需要使用大量有机溶剂，环境污染大，导致其导热率较低。

因此，需要一种成本低、环境友好、导热率高的石墨烯导热膜。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种石墨烯/聚酰亚胺导热膜及其制备方法，该制备方法成本低、环境友好，适合大批量生产，还能够降低导热膜内部石墨烯片与片之间的界面热阻，提高导热率。

第一方面，本申请实施例提供了一种石墨烯/聚酰亚胺导热膜的制备方法，其包括以下步骤：

将以水为介质的聚酰胺酸纳米乳液加入到以水为介质的石墨烯分散液中，搅拌得到石墨烯/聚酰胺酸复合浆料；

将石墨烯/聚酰胺酸复合浆料依次进行自组装成膜、亚胺化、碳化、石墨化。

在上述技术方案中，非氧化高质量石墨烯尺寸较小，并且石墨烯片层边缘缺乏有效的连接，石墨烯片层之间界面热阻较高，因此用非氧化石墨烯制备的石墨烯膜导热率相对较低。本申请创造性的发现：将石墨烯分散液和聚酰胺酸纳米乳液均匀混合，在液相中进行蒸发界面自组装形成石墨烯/聚酰胺酸复合薄膜，复合膜经过亚胺化后，聚酰胺酸变成聚酰亚胺微粒填充在石墨烯片之间的间隙中，再在碳化、石墨化过程中，聚酰亚胺将石墨烯片层边缘进行连接，扩大石墨烯片层尺寸，形成连通的导热通路，从而降低导热膜内部石墨烯片与片之间的界面热阻，提高导热率。

需要特别指出的，本申请采用以水为介质的聚酰胺酸纳米乳液和以水为介质的石墨烯分散液为原料，成本低、环境友好，适合大批量生产。而且将本身均匀、稳定的聚酰胺酸纳米乳液加入到石墨烯分散液中进行混合后，聚酰胺酸在体系中能够依旧保持分散均匀性，而且还能保证石墨烯在体系中均匀分散，从而使石墨烯片均匀分散，纳米级的聚酰胺酸经亚胺化后变成聚酰亚胺微粒填充在石墨烯片的间隙中，保证经过后续处理形成连通的导热通路。

在一种可能的实现方式中，聚酰胺酸纳米乳液的制备方法包括以下步骤：将聚酰胺酸溶液和离子化试剂混合搅拌，离子化试剂为分子式[CH₃(CH₂)_n]₃N，n＝1～7的有机叔胺及其叔胺类的同分异构体、氨水中的至少一种，得到聚酰胺酸盐溶液，继续搅拌并加入水，形成以水为介质的聚酰胺酸纳米乳液。