石墨烯复合石墨薄片结构及其制造方法与浆料与流程

本发明关于一种石墨烯复合石墨薄片结构及其制造方法、及制造石墨烯复合石墨薄片结构的浆料。

背景技术：

随着科技的发展，针对电子装置的设计与研发，莫不以薄型化及高效能为优先考虑。在要求高速运算的情况下，电子装置的电子元件不可避免地将产生较以往更多的热量，但由于高温的作业环境不仅将影响电子元件的特性，过高的温度更可能造成电子元件永久性的损坏。

习知的导热装置一般是以平面贴附热源的顶面，由于导热装置的材料特性，其若无法具有可挠的特性，将无法随着热源的外观形状的变化贴附热源，或提供较大面积贴附热源(例如包括热源的侧面)，影响导热的性能。且因应电子元件的高散热需求，导热装置本身也需要提高其结构本身的导热性能。

因此，如何提供一种具有可挠性及较佳导热效果的导热结构，已成为重要课题。

技术实现要素：

本发明的目的为提供一种石墨烯复合石墨薄片结构及其制造方法、及制造石墨烯复合石墨薄片结构的浆料，藉由本发明的浆料所制得的石墨烯复合石墨薄片结构除了具有可挠性及较佳导热效果外，还具有电磁波屏蔽效果。另外，来自于石墨烯材料除了使石墨烯复合石墨薄片结构本身具有的高导热性和高导电性外，更能够提供更高的可挠曲性并使整体结构更强壮。

为达上述目的，依据本发明的一种石墨烯复合石墨薄片结构包括一石墨微片材料以及一石墨烯材料，石墨烯材料混合于石墨微片材料中， 且石墨烯材料的含量为石墨微片材料的1％至80％之间。

为达上述目的，依据本发明的一种石墨烯复合石墨薄片结构的制造方法包括以下步骤：将一石墨微片材料加入一溶剂中并搅拌，以均匀混合形成一溶液，石墨微片材料的重量百分比为0.1％至10％之间；将一石墨烯材料加入溶液中并搅拌，以均匀混合形成一浆料，石墨烯材料的含量为石墨微片材料的含量的1％至80％之间；将浆料涂布于一物件上并干燥浆料，以形成一石墨涂层；以及压实石墨涂层，以形成石墨烯复合石墨薄片结构。

为达上述目的，依据本发明的一种制造石墨烯复合石墨薄片结构的浆料，包括一溶剂、一石墨微片材料以及一石墨烯材料；其中，石墨微片材料与石墨烯材料均匀混合于溶剂中，且石墨微片材料的重量百分比为0.1％至10％之间，石墨烯材料的含量为石墨微片材料的1％至80％之间。

在一实施例中，石墨微片材料包含复数石墨微片，石墨微片的尺寸介于5微米至200微米之间，其厚度介于0.1微米至0.5微米之间。

在一实施例中，石墨烯材料包含复数石墨烯，石墨烯的尺寸介于1微米至50微米之间，其厚度介于0.002微米至0.02微米之间。

在一实施例中，石墨烯复合石墨薄片结构的厚度介于2微米至100微米之间。

在一实施例中，石墨烯复合石墨薄片结构具有可挠性。

在一实施例中，石墨涂层的厚度介于10微米至500微米之间。

在一实施例中，溶剂为水、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、酮类、醇类、醋酸乙脂、或甲苯。

在一实施例中，溶剂为酮类时，其为N-甲基吡咯烷酮、或丙酮；溶剂为醇类时，其为乙醇、或乙二醇。

在一实施例中，石墨微片材料的重量百分比为0.2％至10％之间。

在一实施例中，于形成石墨涂层的步骤中，涂布方式为涂布、或印刷。

在一实施例中，涂布方式为喷射涂布、或旋转涂布；印刷为喷墨打印、或网版印刷。

在一实施例中，于干燥步骤中，干燥温度低于摄氏400度，干燥时间介于1分钟至24小时之间。

在一实施例中，制造方法更包括一步骤：分离石墨烯复合石墨薄片结构与物件。

承上所述，因本发明的石墨烯复合石墨薄片结构及其制造方法、及制造石墨烯复合石墨薄片结构的浆料中，石墨烯复合石墨薄片结构包括石墨微片材料以及石墨烯材料，石墨烯材料混合于石墨微片材料中，且石墨烯材料的含量为石墨微片材料的1％至80％之间。另外，浆料包括溶剂、石墨微片材料以及石墨烯材料；其中，石墨微片材料与石墨烯材料均匀混合于溶剂中，且石墨微片材料的重量百分比为0.1％至10％之间，而石墨烯材料的含量为石墨微片材料的1％至80％之间。由于石墨烯复合石墨薄片结构与制造石墨烯复合石墨薄片结构的浆料中内含的石墨微片与石墨烯粒子具有良好的导热性，可快速地将热能由热源导引出，使得本发明的浆料所制得的石墨烯复合石墨薄片结构具有可挠性及较佳导热效果。另外，来自于石墨烯材料除了使石墨烯复合石墨薄片结构本身具有的高导热性和高导电性外，更能够提供更高的可挠曲性并使整体结构更强壮。

另外，本发明更可因应不同的热源外观形状，或者可提供较大面积贴附热源，以形成符合热源外观形状的石墨烯复合石墨薄片结构，以因应不同形状的电子元件的高散热需求。此外，本发明的石墨烯复合石墨薄片结构还具有电磁波屏蔽效果。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的一种石墨烯复合石墨薄片结构制造方法的流程步骤图。

图2A至图2G分别为本发明较佳实施例的石墨烯复合石墨薄片结构的制造过程示意图。

图3为本发明较佳实施例的石墨烯复合石墨薄片结构制造方法的另一流程步骤图。

图4为本发明一实施例的石墨烯复合石墨薄片结构以扫描式电子显 微镜扫描的示意图。

符号说明

1：石墨烯复合石墨薄片结构

11：石墨微片材料

12：石墨烯材料

13：石墨涂层

13a：干燥后的石墨涂层

d1、d2、D：厚度

O、O1：物件

R：滚轮

R1：治具

S：溶剂

S01～S05：步骤

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的石墨烯复合石墨薄片结构及其制造方法、及制造石墨烯复合石墨薄片结构的浆料，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。

请参照图1、图2A至图2G所示，其中，图1为本发明较佳实施例的一种石墨烯复合石墨薄片结构1的制造方法的流程步骤图，而图2A至图2G分别为本发明较佳实施例的石墨烯复合石墨薄片结构1的制造过程示意图。

如图1所示，石墨烯复合石墨薄片结构1的制造方法包括：将一石墨微片材料加入一溶剂中并搅拌，以均匀混合形成一溶液，石墨微片材料的重量百分比为0.1％至10％之间(步骤S01)；将一石墨烯材料加入溶液中并搅拌，以均匀混合形成一浆料，石墨烯材料的含量为石墨微片材料的含量的1％至80％之间(步骤S02)；将浆料涂布于一物件上并干燥浆料，以形成一石墨涂层(步骤S03)；以及压实石墨涂层，以形成石墨烯复合石墨薄片结构(步骤S04)。以下，请分别配合图2A至图2G所示， 以说明石墨烯复合石墨薄片结构1的制造过程。

首先，如图2A所示，执行步骤S01：将一石墨微片材料11加入一溶剂S中并搅拌，以均匀混合形成一溶液，其中，石墨微片材料11的重量百分比为0.1％至10％之间。较佳者，石墨微片材料11的重量百分比可介于0.2％至10％之间。本实施例的石墨微片材料11为粉末状，并包含复数个石墨微片(或称奈米石墨片，graphite nanoplatelet)。其中，石墨微片的尺寸可介于5微米至200微米之间，其厚度可介于0.1微米至0.5微米之间。另外，溶剂S可例如为水、二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、酮类、醇类、醋酸乙脂、或甲苯。本实施例的溶剂S是以水为例。在不同的实施例中，当溶剂S为酮类时，其可为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、或丙酮；当溶剂S为醇类时，其可为乙醇(Ethanol)、或乙二醇(Ethylene glycol)。此外，溶剂S亦可为上述溶剂(水、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、酮类、或醇类)的任意混合，并不限定。此外，在不同的实施例中，溶剂S中亦可含有树脂接合剂。树脂接合剂可为聚脂(polyester)、压克力树脂、水相压克力树脂、聚胺脂、水相聚胺脂、或聚偏氟乙烯等，但不限于上述，也可为任意极性及非极性接着剂.其添加量为整体溶剂S的5％以内。

接着，如图2B所示，进行步骤S02为：将一石墨烯材料12加入该溶液中并搅拌，以均匀混合形成一浆料，其中，石墨烯材料12的含量为石墨微片材料11的含量的1％至80％之间。于此，搅拌时间可为5分钟至30分钟之间，只要可以使石墨微片材料11、石墨烯材料12与溶剂S可以均匀混合而形成浆料即可。石墨烯材料12是以石墨烯为基底的材料，并可为天然石墨或人工石墨。石墨烯材料12包含复数个石墨烯粒子，而石墨烯粒子的尺寸介于1微米至50微米之间，其厚度介于0.002微米至0.02微米之间。在不同的实施例中，亦可先将石墨烯材料12加入溶剂S中搅拌均匀，再加入石墨微片材料11搅拌均匀；或者，将石墨微片材料11与石墨烯材料12同时加入溶剂S中搅拌均匀，本发明并不限制。

因此，完成步骤S02后的浆料中包含溶剂S、石墨微片材料11及石墨烯材料12，且均匀混合而呈粘稠状(如果冻)。在此浆料中，石墨微片材料11的重量百分比为0.1％至10％之间，较佳者，石墨微片材料11的 重量百分比为0.2％至10％之间，且石墨烯材料12的含量为石墨微片材料11含量的1％至80％之间。

接着，如图2C所示，进行步骤S03：将浆料涂布于一物件O上并干燥浆料，以形成一石墨涂层13。于此步骤中，物件O例如高分子材料、金属、陶瓷、纸类、或布类，但不限于为基板，而涂布方式可为涂布、或印刷。其中，涂布方式可为喷射涂布(spray coating)、或旋转涂布(spin coating)，而印刷可为喷墨打印(inkjet printing)、或网版印刷(screen printing)，均不限定；涂布或印刷的厚度d1约为10微米至500微米之间。另外，于干燥过程中，例如可将具有浆料的物件O置放于烤箱内烘烤，以去除浆料内的溶剂S(例如水分)后形成石墨涂层13。其中，干燥温度需低于摄氏500度且高于室温，而干燥时间可介于1分钟至24小时之间。因此，如图2D所示，于干燥制程之后，干燥后的石墨涂层13a的厚度d2可介于10微米至500微米之间。

之后，如图2E所示，进行步骤S04：压实石墨涂层13，以形成石墨烯复合石墨薄片结构1。于此，可例如以滚轮R辗压干燥后的石墨涂层13a，以得到位于物件O上的石墨烯复合石墨薄片结构1。

在不同的实施例中，若物件O非为平面物件时，如图2G所示，当物件O1例如为梯形状时，则一样可将浆料涂布于梯形状物件O1的外侧表面上并干燥，以形成一石墨涂层13a，再利用符合石墨涂层13a形状的治具R1压实干燥后的石墨涂层13a，以得到非平面状的石墨烯复合石墨薄片结构。因此，上述的浆料可因应不同的热源外观形状，或者可提供较大面积贴附热源，以形成符合热源外观形状的石墨烯复合石墨薄片结构，以因应不同形状的电子元件的高散热需求。

另外，请参照图3所示，其为本发明较佳实施例的石墨烯复合石墨薄片结构1制造方法的另一流程步骤图。

与图1不同的是，除了步骤S01至步骤S04之外，图3的制造方法还包括步骤S05：分离石墨烯复合石墨薄片结构1与物件O。如图2F所示，可利用例如刀件插入石墨烯复合石墨薄片结构1与物件O之间，以破除石墨烯复合石墨薄片结构1与物件O之间的真空状态而将石墨烯复合石墨薄片结构1与物件O分离，以得到石墨烯复合石墨薄片结构1。 得到的石墨烯复合石墨薄片结构1的厚度D可介于2微米至100微米之间。

特别一提的是，在不同的应用例中，石墨烯复合石墨薄片结构1与物件O也可不需分离而直接将其应用于热导引上，本发明并不限定。

因此，本实施例的石墨烯复合石墨薄片结构1具有可挠性，内含石墨微片材料11与石墨烯材料12，石墨烯材料12混合于石墨微片材料11中，且石墨烯材料12的含量为石墨微片材料11的1％至80％之间。其中，石墨微片材料11包含复数石墨微片，而石墨微片的尺寸可介于5微米至200微米之间，其厚度可介于0.1微米至0.5微米之间。另外，石墨烯材料12包含复数石墨烯，而石墨烯的尺寸介于1微米至50微米之间，其厚度介于0.002微米至0.02微米之间。此外，石墨烯复合石墨薄片结构1的厚度D可介于2微米至100微米之间。

承上，由于石墨烯复合石墨薄片结构1中内含的石墨微片与石墨烯粒子具有良好的导热性，可快速地将热能由热源导引出，而且石墨烯复合石墨薄片结构1的厚度D介于2微米至100微米之间，使得石墨烯复合石墨薄片结构1可应用作为导热结构上而有较佳导热效果及薄型化特点，符合现今电子产品轻薄化的要求。于习知技术中，单以石墨微片制成的石墨薄片的热传导系数约200瓦特/公尺-K左右，但在本发明的一实施例中，于石墨微片材料11(石墨微片)中添加10％的石墨烯材料12(石墨烯)的石墨烯复合石墨薄片结构1中，其导热系数可达400瓦特/公尺-K。因此，当石墨烯复合石墨薄片结构1应用于例如电子元件(例如CPU)的导热时，可快速地将热能导引出，再配合散热装置(例如散热鳍片、散热风扇或热管、或其组合)的使用，可将电子元件所产生的热能传导至石墨烯复合石墨薄片结构1后，再藉由散热装置将热能快速散逸，藉此降低电子元件的温度。另外，本发明更可因应不同的热源外观形状，或者可提供较大面积贴附热源，以形成符合热源外观形状的石墨烯复合石墨薄片结构，以因应不同形状的电子元件的高散热需求。另外，来自于石墨烯材料12除了使石墨烯复合石墨薄片结构1本身具有高导热性和高导电性外，更能够提供更高的可挠曲性并使整体结构更强壮。此外，在电磁波屏蔽的性能上，在一实施例中，当石墨烯复合石墨薄片结构的 厚度为10微米时，可具37dB～45dB的电磁波屏蔽效果。

另外，请参照图4所示，其为本发明一实施例的石墨烯复合石墨薄片结构以扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)扫描的示意图。图4是将辗压后的石墨烯复合石墨薄片结构切成碎片后，再以SEM观察碎片的边缘所得到的照片。

于图4的石墨烯复合石墨薄片结构中，其厚度为30微米，且石墨烯材料12(石墨烯)的含量为石墨微片材料11(石墨微片)的5％。于图4中，石墨微片材料11(石墨微片)为厚片板状的部分，而石墨烯材料12(石墨烯)为半透明羽毛状的部分。

综上所述，因本发明的石墨烯复合石墨薄片结构及其制造方法、及制造石墨烯复合石墨薄片结构的浆料中，石墨烯复合石墨薄片结构包括石墨微片材料以及石墨烯材料，石墨烯材料混合于石墨微片材料中，且石墨烯材料的含量为石墨微片材料的1％至80％之间。另外，浆料包括溶剂、石墨微片材料以及石墨烯材料；其中，石墨微片材料与石墨烯材料均匀混合于溶剂中，且石墨微片材料的重量百分比为0.1％至10％之间，而石墨烯材料的含量为石墨微片材料的1％至80％之间。由于石墨烯复合石墨薄片结构与制造石墨烯复合石墨薄片结构的浆料中内含的石墨微片与石墨烯粒子具有良好的导热性，可快速地将热能由热源导引出，使得本发明的浆料所制得的石墨烯复合石墨薄片结构具有可挠性及较佳导热效果。另外，来自于石墨烯材料除了使石墨烯复合石墨薄片结构本身具有高导热性和高导电性外，更能够提供更高的可挠曲性并使整体结构更强壮。

另外，本发明更可因应不同的热源外观形状，或者可提供较大面积贴附热源，以形成符合热源外观形状的石墨烯复合石墨薄片结构，以因应不同形状的电子元件的高散热需求。此外，本发明的石墨烯复合石墨薄片结构还具有电磁波屏蔽效果。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于随附的权利要求中。