[发明专利]石墨烯复合导热膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯复合导热膜的制备方法，包括如下步骤：将物理剥离法制得的石墨烯、碳纤维与有机溶剂混合，制备石墨烯碳纤维混合分散液；将所述石墨烯碳纤维混合分散液置于磁场中，在水平方向上进行取向化处理，除去所述有机溶剂后制备石墨烯碳纤维复合薄膜；将所述石墨烯碳纤维复合薄膜夹在镜面光滑的模板之间进行真空压制，制备石墨烯碳纤维复合薄膜。该制备方法以物理剥离法制得的石墨烯为原料，并配合碳纤维和磁场作用，制备得到的石墨烯复合导热膜在水平和垂直方向上都具有较高的导热系数。

技术领域

本发明涉及功能薄膜材料技术领域，特别是涉及一种石墨烯复合导热膜及其制备方法。

背景技术

随着手机朝高性能、小型化的方向发展，芯片的发热量越来越大，受限于狭小的空间，热量易聚集形成热点，导致芯片不能正常工作，因而需要采用具有较高横向热导率的材料进行匀热。对于4G手机，该材料通常为人工石墨散热膜，其以聚酰亚胺薄膜为原料，通过碳化、石墨化、压延工艺制得。受限于聚酰亚胺薄膜原料，人工石墨散热膜的厚度有限(＜100微米)，无法应对5G手机芯片更高的发热量。石墨烯散热膜可以突破厚度的限制，满足5G手机芯片匀热的要求，因而得到了广泛的应用。

石墨烯导热膜采用制浆、涂布、碳化、石墨化、压延工艺制备。因含有丰富的含氧官能团，氧化石墨烯极易分散于水中，获得稳定的高固含浆料。浆料涂布过程中，氧化石墨烯通过片层间氢键及范德华力作用，自组装成取向化排布。在较高温度下，氧化石墨烯被还原为石墨烯，后经石墨化修复晶格及压延提高密度，最终获得石墨烯取向化排布的石墨烯导热膜。

石墨烯是导热各向异性材料，其在二维平面方向具有超高的热导率(理论上可达5300瓦/米·度)，但是在垂直于二维平面方向热导率较低，低于20瓦/米·度。因此，传统的石墨烯呈取向化排布的石墨烯导热膜具有很高的平面热导率，但是在垂直方向上热导率却很低，这导致石墨烯导热膜的导热能力无法充分发挥。

发明内容

基于此，本发明的目的之一是提供一种在水平和垂直方向同时具备高导热性能的石墨烯复合导热膜的制备方法。

本发明的一实施方式的石墨烯复合导热膜的制备方法，包括如下步骤：

将物理剥离法制得的石墨烯、碳纤维与有机溶剂混合，制备石墨烯碳纤维混合分散液；

将所述石墨烯碳纤维混合分散液置于磁场中，在水平方向上进行取向化处理，除去所述有机溶剂后制备石墨烯碳纤维复合薄膜；

将所述石墨烯碳纤维复合薄膜夹在镜面光滑的模板之间进行真空压制，制备石墨烯复合导热膜。

在其中一个实施例中，所述物理剥离法制得的石墨烯为对天然石墨或者膨胀石墨进行物理剥离后得到的层数在5层～20层之间的片层结构石墨烯；及/或所述物理剥离法制得的石墨烯的片径≥10微米。

在其中一个实施例中，所述物理剥离法包括超声、微波和砂磨中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述碳纤维的直径为7微米～10微米，长度为50微米～300微米；及/或所述物理剥离法制得的石墨烯和碳纤维的质量比为(10～20)：1。

在其中一个实施例中，所述有机溶剂包括乙醇、乙醚、异丙醇及丙酮中的一种或多种；及/或所述石墨烯碳纤维混合分散液的固含量为0.5wt％～2wt％。

在其中一个实施例中，所述磁场的强度为5特斯拉～20特斯拉；及/或磁场中，所述石墨烯碳纤维混合分散液的液面高度为1.5厘米～10厘米。

在其中一个实施例中，所述真空压制的压力为20吨～1000吨，时间为2分钟～30分钟。