[发明专利]一种石墨烯膜和石墨烯膜增强导热复合膜

说明书

本发明公开一种石墨烯膜增强导热复合膜，包含一层或者一层以上的石墨烯膜，所述石墨烯膜具有贯穿该石墨烯膜的上下表面的若干个通孔，所述通孔内填充聚合物。本发明的石墨烯膜增强导热复合膜中石墨烯层保持了结构的连续性，同时和聚合物相互交错在一起，相较于普通石墨/聚合物层压结构或者石墨填料式复合物具有更高的强度和更高的导热率；本发明所制备的石墨烯膜增强导热复合膜应用广泛，可以针对不同应用环境搭载不同的聚合物体系实现除导热需求外的特定需求，例如柔性应用、吸/散热性应用、机械增强应用等。

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料制备技术领域，更具体的说，涉及一种石墨烯膜增强导热复合膜及其制备方法和用途，具体涉及了一种将未压延的低密度石墨烯膜内部密闭气孔打开并且灌入聚合物从而形成复合膜的工艺方法和用途。

背景技术

伴随着电子产品小型化、多功能化和高性能化，传统聚合物的散热性能对于电子产品的寿命及性能的影响变得越来越大，例如硅橡胶和聚氨酯具备高弹性和高形变能力，通常在穿戴设备或者各类柔性设备当中被用作基材使用，但是它们较弱的散热能力会给电子设备的寿命及性能带来各种不利的影响，同时会降低用户体验；石蜡在电子产品中通常被用作相变材料来控制核心功率器件的工作温度，但是石蜡自身较低的热导率会限制其吸热效率；环氧树脂具备优异的机械性能，因此通常被用作高功率器件的封装材料，但是其自身较弱的热导率会限制功率器件的散热性能。为了满足电子产品不断增长的高功耗、高散热的需求，寻找可以有效提升以上聚合物材料的散热性能的方法变得尤为重要。

工业界用于提升聚合物散热性能的通常方法是在聚合物中添加各类高导热的填料，填料的质量占比往往超过50％。由于大量填料颗粒的存在，聚合物的机械性能会发生明显的改变，例如硬度增加，弹性降低等。同时填料颗粒对于聚合物的导热性能的提升有限，这是由于填料颗粒之间较大的界面热阻造成的。这类填料增强导热的聚合物的热导率通常低于10W/mK，例如中国发明专利申请(公开号CN103087404A)公开了一种石墨烯填充聚合物基复合材料及其制备方法，利用高导热石墨烯微片加入到PP、PS、PVC、PET等聚合物当中用来提升聚合物热导率，所获得的石墨烯填充聚合物基复合材料的热导率在2.48～3.58W/mK之间，无法满足功率产品高导热的需求。

石墨烯作为一种由碳原子构成的二维纳米材料，具有已知材料最高的导热性，各类利用石墨烯组装而成的宏观结构在散热性能方面展现了巨大的潜力。中国发明专利申请(公开号CN103449423A)公开了一种方法利用氧化石墨烯组装通过高温处理获得的石墨烯膜。由于其连续的导热结构，该石墨烯膜的平面内热导率高达400～2000W/mK。石墨烯膜优异的热导率为解决上述聚合物低热导率的问题提供了方向，但是石墨材料包含上述石墨烯膜，存在一个明显的缺陷，即石墨材料是由很多石墨烯层堆叠构成，层与层之间的结合力是较弱的范德华力，在实际应用当中，层与层之间容易发生剥离，掉渣的问题，这会给电子产品带来短路的风险。中国发明专利申请(公开号CN203537732U)公开了一种石墨烯复合散热膜，包含了石墨烯散热层和复合在石墨烯散热层表面的离型纸层。这种形式的石墨烯复合散热膜并未从本质上解决石墨烯层间弱结合力的问题，该结构容易在石墨烯层和离型纸层相结合的界面发生剥离，从而降低散热性能。因此，如何把聚合物和石墨烯膜有机的结合在一起形成高强度高导热复合膜变成一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服石墨烯聚合物基复合材料热导率低、强度低的技术缺陷，提供一种利用未经压延的具有密闭气泡结构的低密度石墨烯膜制备石墨烯膜增强导热复合膜的方法，所述方法操作简单，条件易控。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种石墨烯膜增强导热复合膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用打孔技术将未经压延的具有密闭气泡结构的低密度石墨烯膜内部的密闭气泡结构贯穿，形成开孔；

(2)将流动性调节后的聚合物涂布到石墨烯膜表面，使其沿着所开凿的小孔注入到石墨烯膜内部填充原有的气泡结构；