一种金属烯碳导热膜及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种金属烯碳导热膜及其制备方法，金属烯碳导热膜由至少一层石墨烯膜和至少一层金属膜复合而成，金属膜在石墨烯膜上沉积，并且石墨烯膜和金属膜的厚度比为2?9∶1。本发明金属膜在石墨烯膜上沉积，金属膜和石墨烯膜结合不通过胶的作用，避免了热阻的产生，提高了导热系数，通过本发明可以提高产品的热传导系数，可以制备多种厚度、不同热传导系数的产品，可应用于手机产品、平板电脑、电视等消费类电子产品。
【专利说明】
一种金属烯碳导热膜及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于导热材料领域，具体涉及一种金属烯碳导热膜及其制备方法。【背景技术】
[0002]随着微电子器件向小型化、高功率化和高速化发展，其产生的高热量必须尽快移除，使其在安全的操作温度下工作，否则容易降低器件的性能，严重影响器件的可靠性和使用寿命。
[0003]石墨烯是一种由碳原子按照六边形进行排布并相互连接而成的碳分子，其结构非常稳定，目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3 %的光；导热系数高达5000W/m ? K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迀移率超过 15000cm2/V ? s，比纳米碳管或娃晶体高，电阻率约10-6Q ? cm，比铜或银更低，因为石墨稀具有尚导电性、尚导热性、尚初度、尚强度、超大比表面积等特点，可以在电子、航天车工、新能源、新材料等领域得到广泛应用。
[0004]中国专利申请CN103407268A公开一种含有石墨烯的复合导热膜的制备方法，包括以下步骤:配制复合剂，复合剂由以下成分按照重量比组成:铜粉3?5份、丙烯酸丁酯10? 20份、瓜尔豆胶5?10份，娃酸镁1?3份;将铜粉、丙烯酸丁酯、瓜尔豆胶和硅酸镁在常温下混合均匀，混合均匀后，将配制得到的复合剂均匀涂抹在基底材料上;将石墨烯薄膜覆盖在复合剂上方，在50°C下烘烤30min;再将复合剂均匀涂抹在石墨烯薄膜上方;将含有石墨烯的复合导热膜进行切割。该现有技术中胶的使用，提高了导热材料的热阻值，降低了其热传导效果。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种金属烯碳导热膜，其不含有胶的成分，充分发挥了石墨烯的导热优势，又采用金属材料作为基体，拓展了石墨烯的导热应用。
[0006]本发明的具体技术方案为:
[0007]—种金属稀碳导热膜，由至少一层石墨稀膜和至少一层金属膜复合而成，金属膜在石墨烯膜上沉积，并且石墨烯膜和金属膜的厚度比为2-9:1;金属烯碳导热膜的制备方法包括如下步骤:将水性石墨烯分散液喷涂到铜箱上，在80_100°C下干燥2-3小时，干燥后采用全自动压片机进行压实，压力为13_20MPa，压实后采用全自动贴合分离机剥离，得到石墨烯膜;在石墨烯膜上采用溅射式蒸镀设备进行金属真空离子镀膜，真空度_l(T6pa，镀膜后在 450-500°C下，在惰性气体保护氛围中，对金属膜喷涂绝缘材料；
[0008]水性石墨烯分散液的制备方法包括如下步骤:在冰浴条件下，将l-3g石墨加入到 50ml的浓硫酸和浓硝酸的混合酸中，强烈搅拌20-30min;进一步将8-10g高锰酸钾加入到上述混合液中，强烈搅拌20-30min;将上述混合液转移到35-40°C的水浴中，缓慢加入20-30g 硝酸钠，搅拌20_30min;在搅拌情况下，将100ml去离子水连续加入到上述混合液中，然后混合液转移到70-90°C温度的油浴中，搅拌20-30min;再逐滴加入10ml双氧水，继续反应20-30min;在搅拌条件下，在前一步骤的氧化石墨稀溶液中加入PVP、PVA、PEG的至少一种，溶解后滴加l〇_12ml的水合肼溶液，在40-60°C温度下反应lh;进一步在上述溶液中滴加10-12ml 乙酸或氢碘酸的至少一种，继续反应20-60min;
[0009] 混合酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比为1:1-2;乙酸和氢碘酸的水溶液浓度为5_ 20wt% ;PVP、PVA、PEG的水溶液浓度为5-20wt%。
[0010]所述金属膜为铜膜、铝膜或钛膜。
[0011]所述绝缘材料为高分子材料，其分子量为100万-140万。
[0012]所述绝缘材料为聚乙烯或聚丙烯。
[0013]本发明还提供制备上述金属烯碳导热膜的方法，包括如下步骤:
[0014]1)水性石墨烯分散液的制备:在冰浴条件下，将l-3g石墨加入到50ml的浓硫酸和浓硝酸的混合酸中，强烈搅拌20_30min;进一步将8-10g高锰酸钾加入到上述混合液中，强烈搅拌20-30min;将上述混合液转移到35-40 °C的水浴中，缓慢加入20-30g硝酸钠，搅拌20-30min;在搅拌情况下，将100ml去离子水连续加入到上述混合液中，然后混合液转移到70-90°C温度的油浴中，搅拌20-30min;再逐滴加入10ml双氧水，继续反应20-30min;在搅拌条件下，在前一步骤的氧化石墨烯溶液中加入PVP、PVA、PEG的至少一种，溶解后滴加10-12ml 的水合肼溶液，在40_60°C温度下反应lh;进一步在上述溶液中滴加10-12ml乙酸或氢碘酸的至少一种，继续反应20_60min;[〇〇15]2)金属烯碳导热膜的制备:将水性石墨烯分散液喷涂到铜箱上，在80-100°C下干燥2-3小时，干燥后采用全自动压片机进行压实，压力为13-20MPa，压实后采用全自动贴合分离机剥离，得到石墨烯膜;在石墨烯膜上采用溅射式蒸镀设备进行金属真空离子镀膜，真空度-l(T6pa，镀膜后在450-500°C下，在惰性气体保护氛围中，对金属膜喷涂绝缘材料。
[0016]步骤1)中混合酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比为1:1-2。
[0017]步骤1)中乙酸和氢碘酸的水溶液浓度为5_20wt%。
[0018]步骤1)中PVP、PVA、PEG的水溶液浓度为5-20wt%。
[0019]本发明金属膜在石墨烯膜上沉积，金属膜和石墨烯膜结合不通过胶的作用，避免了热阻的产生，提高了导热系数，传统金属石墨烯导热膜厚度为0.1-0.2_，热传导系数为 100-300胃/(111*1〇，本发明制备的金属石墨稀导热膜厚度为0.015-0.51]1111，热传导系数为 600-1800W/(m ? K)。通过本发明可以提高产品的热传导系数，可以制备多种厚度、不同热传导系数的产品，可应用于手机产品、平板电脑、电视等消费类电子产品。【具体实施方式】
[0020]本发明的具体工艺及参数如下:
[0021]1)石墨烯膜形成:[〇〇22]步骤为:放卷(速度l-3m/分)—喷涂—干燥—压延(80-100°C) —剥离(15-20Mpa130-150gf)—收卷(速度 l-3m/分)。[〇〇23]2)真空离子镀膜:[0〇24]步骤为:放卷(速度l-3m/分)—蒸镀(真空度-l(T6pa)4收卷(速度l-3m/分)—转贴 (1 _3g/胶粘度)—放卷(速度1 _3m/分)—蒸镀(真空度-1 (T6pa)—收卷(速度1 -3m/分)。
[0025]3)热喷涂:[〇〇26] 步骤为:放卷(速度l_3m/分)—热喷涂(450-500°C)—收卷(速度l_3m/分)—转贴 (1 _3g/胶粘度)—放卷(速度1 _3m/分)—热喷涂(450-500°C)—收卷(速度1 _3m/分)。[〇〇27] 实施例1:
[0028] —种金属烯碳导热膜，由一层石墨烯膜和一层铜膜复合而成，铜膜在石墨烯膜上沉积，并且石墨烯膜和铜膜的厚度比为3:1。制备上述金属烯碳导热膜的方法，包括如下步骤:[〇〇29]1)水性石墨分散液形成:在冰浴条件下，将3g石墨加入到50ml的浓硫酸和浓硝酸的混合酸中，强烈搅拌30min;进一步将10g高锰酸钾加入到上述混合液中，强烈搅拌 30min;将上述混合液转移到40°C的水浴中，缓慢加入30g硝酸钠，搅拌30min;在搅拌情况下，将100ml去离子水连续加入到上述混合液中，然后混合液转移到90°C温度的油浴中，搅拌30min;再逐滴加入10ml双氧水，继续反应30min;在搅拌条件下，在前一步骤的氧化石墨烯溶液中加入PVP、PVA、PEG的至少一种，溶解后滴加12ml的水合肼溶液，在60 °C温度下反应 lh;进一步在上述溶液中滴加12ml乙酸或氢碘酸的至少一种，继续反应60min;混合酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比为1:2;乙酸和氢碘酸的水溶液浓度为20wt% ;PVP、PVA、PEG的水溶液浓度为20wt%。
[0030]2)金属烯碳导热膜的制备:将水性石墨烯分散液喷涂到铜箱上，在100°C下干燥3 小时，干燥后采用全自动压片机进行压实，压力为20MPa，压实后采用全自动贴合分离机剥离，得到石墨烯膜;在石墨烯膜上采用溅射式蒸镀设备进行铜真空离子镀膜，真空度_1(T 6pa，镀膜后在500°C下，在惰性气体保护氛围中，对铜膜喷涂绝缘材料。
[0031]本实施例的铜烯碳导热膜厚度为0.l-0.2mm，热传导系数为800-1200W/(m ? K)。 [〇〇32] 实施例2:
[0033] —种金属烯碳导热膜，由一层石墨烯膜和一层钛膜复合而成，钛膜在石墨烯膜上沉积，并且石墨烯膜和钛膜的厚度比为6:1。制备上述金属烯碳导热膜的方法，包括如下步骤:[〇〇34]1)水性石墨分散液形成:在冰浴条件下，将lg石墨加入到50ml的浓硫酸和浓硝酸的混合酸中，强烈搅拌20min;进一步将8g高猛酸钾加入到上述混合液中，强烈搅拌20min; 将上述混合液转移到35 °C的水浴中，缓慢加入20g硝酸钠，搅拌20min ;在搅拌情况下，将 100ml去离子水连续加入到上述混合液中，然后混合液转移到70°C温度的油浴中，搅拌 20min;再逐滴加入10ml双氧水，继续反应20min;在搅拌条件下，在前一步骤的氧化石墨稀溶液中加入PVP、PVA、PEG的至少一种，溶解后滴加10ml的水合肼溶液，在40 °C温度下反应 lh;进一步在上述溶液中滴加10ml乙酸或氢碘酸的至少一种，继续反应20min;混合酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比为1:1;乙酸和氢碘酸的水溶液浓度为5wt% ;PVP、PVA、PEG的水溶液浓度为5wt%。[〇〇35]2)金属烯碳导热膜的制备:将水性石墨烯分散液喷涂到铜箱上，在80°C下干燥2小时，干燥后采用全自动压片机进行压实，压力为13MPa，压实后采用全自动贴合分离机剥离， 得到石墨烯膜;在石墨烯膜上采用溅射式蒸镀设备进行钛真空离子镀膜，真空度_l(T6pa，镀膜后在450°C下，在惰性气体保护氛围中，对钛膜喷涂绝缘材料。[〇〇36]本实施例的钛烯碳导热膜厚度为0.015-0.1mm，热传导系数为1200-1800W/(m ?K)〇[〇〇37] 实施例3:
[0038] —种金属烯碳导热膜，由一层石墨烯膜和一层铝膜复合而成，铝膜在石墨烯膜上沉积，并且石墨烯膜和铝膜的厚度比为5:1。制备上述金属烯碳导热膜的方法，包括如下步骤:[〇〇39]1)水性石墨分散液形成:在冰浴条件下，将2g石墨加入到50ml的浓硫酸和浓硝酸的混合酸中，强烈搅拌20min;进一步将9g高猛酸钾加入到上述混合液中，强烈搅拌20min; 将上述混合液转移到40°C的水浴中，缓慢加入30g硝酸钠，搅拌30min;在搅拌情况下，将 100ml去离子水连续加入到上述混合液中，然后混合液转移到80°C温度的油浴中，搅拌 20min;再逐滴加入10ml双氧水，继续反应20min;在搅拌条件下，在前一步骤的氧化石墨稀溶液中加入PVP、PVA、PEG的至少一种，溶解后滴加10ml的水合肼溶液，在60°C温度下反应 lh;进一步在上述溶液中滴加12ml乙酸或氢碘酸的至少一种，继续反应20min;混合酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比为1:1;乙酸和氢碘酸的水溶液浓度为l〇wt% ;PVP、PVA、PEG的水溶液浓度为l〇wt%。
[0040]2)金属烯碳导热膜的制备:将水性石墨烯分散液喷涂到铜箱上，在90°C下干燥2小时，干燥后采用全自动压片机进行压实，压力为18MPa，压实后采用全自动贴合分离机剥离， 得到石墨烯膜;在石墨烯膜上采用溅射式蒸镀设备进行铝真空离子镀膜，真空度_l(T6pa，镀膜后在480°C下，在惰性气体保护氛围中，对铝膜喷涂绝缘材料。[〇〇411本实施例的金属烯碳导热膜厚度为0.05-0.015mm，热传导系数为600-800W/(m ? K)〇[〇〇42] 实施例4:
[0043] —种金属烯碳导热膜，由一层石墨烯膜和两层铜膜复合而成，铜膜在石墨烯膜上沉积，并且一层石墨烯膜和两层铜膜的厚度比为2:1。制备上述金属烯碳导热膜的方法，包括如下步骤:[〇〇44]1)水性石墨分散液形成:在冰浴条件下，将2g石墨加入到50ml的浓硫酸和浓硝酸的混合酸中，强烈搅拌20min;进一步将8g高猛酸钾加入到上述混合液中，强烈搅拌20min; 将上述混合液转移到35 °C的水浴中，缓慢加入20g硝酸钠，搅拌20min ;在搅拌情况下，将 100ml去离子水连续加入到上述混合液中，然后混合液转移到70°C温度的油浴中，搅拌 30min;再逐滴加入10ml双氧水，继续反应30min;在搅拌条件下，在前一步骤的氧化石墨稀溶液中加入PVP、PVA、PEG的至少一种，溶解后滴加12ml的水合肼溶液，在60 °C温度下反应 lh;进一步在上述溶液中滴加12ml乙酸或氢碘酸的至少一种，继续反应60min;混合酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比为1:2;乙酸和氢碘酸的水溶液浓度为20wt% ;PVP、PVA、PEG的水溶液浓度为20wt%。
[0045]2)金属烯碳导热膜的制备:将水性石墨烯分散液喷涂到铜箱上，在100°C下干燥3 小时，干燥后采用全自动压片机进行压实，压力为20MPa，压实后采用全自动贴合分离机剥离，得到石墨烯膜;在石墨烯膜上采用溅射式蒸镀设备对石墨烯膜两表面均进行铜真空离子镀膜，真空度_l(T6pa，镀膜后在500°C下，在惰性气体保护氛围中，对金属膜喷涂绝缘材料。
[0046]本实施例的金属烯碳导热膜厚度为0.2-0.5mm，热传导系数为600-1000W/(m ? K)。
【主权项】
1.一种金属稀碳导热膜，其特征在于:由至少一层石墨稀膜和至少一层金属膜复合而 成，金属膜在石墨烯膜上沉积，并且石墨烯膜和金属膜的厚度比为2-9:1;金属烯碳导热膜 的制备方法包括如下步骤:将水性石墨烯分散液喷涂到铜箱上，在80-100°C下干燥2-3小 时，干燥后采用全自动压片机进行压实，压力为13_20MPa，压实后采用全自动贴合分离机剥 离，得到石墨烯膜;在石墨烯膜上采用溅射式蒸镀设备进行金属真空离子镀膜，真空度_1(T 6pa，镀膜后在450-500°C下，在惰性气体保护氛围中，对金属膜喷涂绝缘材料；水性石墨烯分散液的制备方法包括如下步骤:在冰浴条件下，将l_3g石墨加入到50ml 的浓硫酸和浓硝酸的混合酸中，强烈搅拌20-30min;进一步将8-10g高锰酸钾加入到上述混 合液中，强烈搅拌20_30min;将上述混合液转移到35-40°C的水浴中，缓慢加入20-30g硝酸 钠，搅拌20-30min;在搅拌情况下，将100ml去离子水连续加入到上述混合液中，然后混合液 转移到70-90°C温度的油浴中，搅拌20-30min;再逐滴加入10ml双氧水，继续反应20-30min; 在搅拌条件下，在前一步骤的氧化石墨烯溶液中加入PVP、PVA、PEG的至少一种，溶解后滴加 10-12ml的水合肼溶液，在40-60°C温度下反应lh;进一步在上述溶液中滴加10-12ml乙酸或 氢碘酸的至少一种，继续反应20_60min;混合酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比为1:1-2;乙酸和氢碘酸的水溶液浓度为5-20wt % ; PVP、PVA、PEG的水溶液浓度为5-20wt %。2.如权利要求1所述的一种金属烯碳导热膜，其特征在于:所述金属膜为铜膜、铝膜或钛膜。3.如权利要求1所述的一种金属烯碳导热膜，其特征在于:所述绝缘材料为高分子材 料，其分子量为100万-140万。4.如权利要求1所述的一种金属烯碳导热膜，其特征在于:所述绝缘材料为聚乙烯或聚 丙烯。5.制备如权利要求1-4任一所述金属烯碳导热膜的方法，其特征在于，包括如下步骤:1)水性石墨烯分散液的制备:在冰浴条件下，将l_3g石墨加入到50ml的浓硫酸和浓硝 酸的混合酸中，强烈搅拌20-30min;进一步将8-10g高锰酸钾加入到上述混合液中，强烈搅 拌20-30min ;将上述混合液转移到35-40 °C的水浴中，缓慢加入20-30g硝酸钠，搅拌20-30min;在搅拌情况下，将100ml去离子水连续加入到上述混合液中，然后混合液转移到70-90°C温度的油浴中，搅拌20-30min;再逐滴加入10ml双氧水，继续反应20-30min;在搅拌条 件下，在前一步骤的氧化石墨烯溶液中加入PVP、PVA、PEG的至少一种，溶解后滴加10-12ml 的水合肼溶液，在40_60°C温度下反应lh;进一步在上述溶液中滴加10-12ml乙酸或氢碘酸 的至少一种，继续反应20_60min;2)金属烯碳导热膜的制备:将水性石墨烯分散液喷涂到铜箱上，在80?100°C下干燥2 ?3小时，干燥后采用全自动压片机进行压实，压力为13-20MPa，压实后采用全自动贴合分 离机剥离，得到石墨烯膜;在石墨烯膜上采用溅射式蒸镀设备进行金属真空离子镀膜，真空 度-l(T6pa，镀膜后在450-500°C下，在惰性气体保护氛围中，对金属膜喷涂绝缘材料。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于:步骤1)中混合酸中浓硫酸和浓硝酸的体积比 为1:1-2〇7.如权利要求5所述的方法，其特征在于:步骤1)中乙酸和氢碘酸的水溶液浓度为5-20wt% 〇8.如权利要求5所述的方法，其特征在于:步骤1)中PVP、PVA、TOG的水溶液浓度为5-20wt% 〇
【文档编号】C23C14/18GK106011756SQ201610327285
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】张鑫
【申请人】青岛昊天川崎碳材料技术有限公司