[发明专利]Z轴导热增强的石墨烯导热膜的构建方法、石墨烯导热膜及其应用

说明书

本发明提供了一种Z轴导热增强的石墨烯导热膜的构建方法、石墨烯导热膜及其应用，涉及热传导的技术领域，本发明的Z轴导热增强的石墨烯导热膜的构建方法包括：使二茂铁溶液浸润到氧化石墨烯薄膜内部的纳米空腔中，干燥，之后热处理使氧化石墨烯薄膜的内部进行微观构建生长，得到Z轴导热增强的石墨烯导热膜；其中，二茂铁溶液的溶剂为非极性烃类溶剂。本发明解决了现有的石墨烯导热膜的石墨烯层间相互作用弱和石墨烯导热膜内部存在大量纳米空腔所导致的Z轴热传导率低的技术问题，达到了利用石墨烯表面含氧官能团导致的缺陷和单金属催化手段填充石墨烯导热膜内部纳米空腔和键合上下两层石墨烯，从而实现石墨烯导热膜Z轴导热增强的技术效果。

技术领域

本发明涉及热传导的技术领域，尤其是涉及一种Z轴导热增强的石墨烯导热膜的构建方法、石墨烯导热膜及其应用。

背景技术

随着电子集成技术的快速发展，特别是5nm芯片技术的成熟应用，高集成电子设备的散热已成为制约设备性能和寿命的关键因素。电子设备的传统散热手段主要依靠风冷，但是随着设备的轻薄化，依靠风扇风冷的策略已不再适用；同时，较薄的热管、PI膜、贵金属纤维复合导热膜等存在着韧性欠佳、导热性能低下以及成本较高等的缺陷。因此，寻找一种高导热性能的材料是解决高集成电子设备散热问题的关键，而科研工作者发现石墨烯是一种非常理想的热传导材料，其不仅拥有目前已知材料最高的理论热传导率(5300W/mK)，同时也具有优异的机械强度和良好的柔性，完全能够满足轻薄型、高能耗型电子集成设备的散热需求。

虽然石墨烯导热膜具有非常高的理论热传导率，也能够获得较高的(＜2000W/mK)的横向(X轴，Y轴组成的平面)热传导率，但是目前通过氧化还原工艺制备的石墨烯导热膜在Z轴方向的热传导效率较低，而这主要归因于石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化组成的六角形呈蜂窝状晶格的二维碳纳米材料，C原子外层3个电子通过sp²杂化形成强σ键，相邻三个键之间的夹角120°，第4个电子为公共，形成弱π键，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子的p轨道均与sp²杂化平面垂直，且以肩并肩的方式形成一个离域π键，其贯穿整个石墨烯，因此石墨烯是一种具有理想周期势场的二维晶体，而其热传导主要依靠声子，所以在石墨烯的sp²杂化平面(X轴，Y轴)上热传导率非常高，Z轴上相对较低；同时，在石墨烯导热膜的氧化还原制备工艺完全打开了石墨烯的层间距离，使上下两层的石墨烯相互作用变弱，且石墨烯导热膜内部存在大量纳米空腔，这进一步阻碍了热在Z轴上的传导。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种Z轴导热增强的石墨烯导热膜的构建方法，能够实现填充石墨烯导热膜内部纳米空腔和键合上下两层石墨烯的目的，从而提高石墨烯导热膜Z轴的导热性。

本发明的目的之二在于提供一种石墨烯导热膜，具有高的Z轴热导率。

本发明的目的之三在于提供一种石墨烯导热膜的应用，具有出色的散热效果。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，一种Z轴导热增强的石墨烯导热膜的构建方法，包括以下步骤：

使二茂铁溶液浸润到氧化石墨烯薄膜的内部纳米空腔中，干燥，之后热处理使氧化石墨烯薄膜的内部进行微观构建生长，得到Z轴导热增强的石墨烯导热膜；

所述二茂铁溶液的溶剂为非极性烃类溶剂。

进一步的，所述二茂铁溶液的浓度为0.1-1mol/L；

优选地，所述非极性烃类溶剂包括乙醇、乙醚、苯、甲苯以及二甲苯中的至少一种；

优选地，所述干燥的温度为40-80℃。

进一步的，所述热处理的条件为在1200-1600℃的温度下处理1-5h。