一种石墨烯导热膜的制备方法与流程

本发明涉及导热膜领域，特别涉及一种石墨烯导热膜的制备方法。

背景技术：

1、现有导热材料中，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面二维层状材料，具有优异的物理化学性能，具有高达5300w/(m·k)的理论导热系数。与传统导热材料(石墨、铝、铜等)相比，导热高且重量轻，是理想的导热材料之一。

2、目前，主要使用氧化石墨制备石墨烯导热膜：将氧化石墨分散在溶剂中，形成氧化石墨烯浆料，采用刮涂方式涂布在基材上，再通过干燥形成氧化石墨烯膜，然后将氧化石墨烯膜通过化学还原或者热还原得到石墨烯导热膜。

3、在上述方式制备的石墨烯导热膜过程中，氧化石墨烯浆料的粘度随着固含量的提升与放置时间的增长随之增加，粘度较大会导致在氧化石墨烯浆料干燥形成氧化石墨烯膜的过程中出现成膜开裂、表面粗糙等现象，使所得石墨烯导热膜热导率降低；同时，石墨烯的导热性能与其片层的大小、片层堆叠程度及片层内部结构缺陷等密切相关，由于氧化石墨富含面内和边缘的含氧官能团，氧化石墨烯的sp2杂化碳扩展网络被破坏，需要高温还原氧化石墨烯以去除这些官能团，以恢复石墨化结构，但因此导致石墨烯存在的缺陷、边缘的无序性会降低石墨烯的热传导系数。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯导热膜的制备方法。本发明提供的制备方法能够减少干燥成膜过程中的开裂和表面粗糙现象以及改善石墨烯存在的缺陷及边缘无序性，提高石墨烯导热膜的热导率。

2、本发明提供了一种石墨烯导热膜的制备方法，包括以下步骤：

3、a)将氧化石墨烯、溶剂、分散助剂和连接助剂混合，得到浆料；

4、b)将所述浆料涂布在基材上，干燥成膜，再将膜与基材分离，得到氧化石墨烯薄膜；

5、c)在保护性气氛下，对所述氧化石墨烯薄膜进行炭化处理；

6、d)在保护性气氛下，对步骤c)所得薄膜进行石墨化处理；

7、e)对步骤d)所得薄膜进行压制处理，得到石墨烯导热膜。

8、优选的，步骤a)中，所述分散助剂为乙醇胺、amp-95和有机硅树脂中的至少一种。

9、优选的，步骤a)中，所述连接助剂为硼酸和/或二硼化钛。

10、优选的，步骤a)中，所述分散助剂的用量优选为氧化石墨烯质量的5％～50％。

11、优选的，步骤a)中，所述连接助剂的用量为氧化石墨烯质量的0.1％～0.5％。

12、优选的，步骤c)中，所述炭化处理的温度为800～1500℃，时间为1～5h。

13、优选的，步骤d)中，所述石墨化处理的温度为2600～3100℃，时间为3～5h。

14、优选的，步骤e)中，所述压制处理的压力为30～80mpa，保压时间为30～300min。

15、优选的，步骤b)中：

16、所述涂布的厚度为3～7mm；

17、所述干燥的温度为30～80℃。

18、优选的，步骤a)中，所述溶剂选自水、乙醇和n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种；

19、所述氧化石墨烯与溶剂的用量关系为使氧化石墨烯在溶剂中的固含量为2～5wt％。

20、本发明提供的石墨烯导热膜的制备方法，先将氧化石墨烯、溶剂、分散助剂和连接助剂混合，得到浆料；之后，将浆料涂布在基材上，干燥成膜；然后，对薄膜进行一系列的热处理，包括炭化处理和石墨化处理；最后进行压制，从而得到石墨烯导热膜。其中，在配制浆料过程中引入特定的分散助剂和连接助剂，其中，分散助剂可以降低浆料粘度，使涂布均匀，成膜平整；连接助剂能够链接和修复石墨烯片层，二者配合作用且在本发明工艺制度的配合下(尤其是后续热处理制度的配合下)可以有效提升最终产物石墨烯导热膜的热导率。

21、试验结果表明，本发明的制备方法，使成膜平整光滑，最终所得石墨烯导热膜产品的热导率在1476w/(m·k)以上，表现出高导热性。

技术特征：

1.一种石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述分散助剂为乙醇胺、amp-95和有机硅树脂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述连接助剂为硼酸和/或二硼化钛。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述分散助剂的用量优选为氧化石墨烯质量的5％～50％。

5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述连接助剂的用量为氧化石墨烯质量的0.1％～0.5％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述炭化处理的温度为800～1500℃，时间为1～5h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d)中，所述石墨化处理的温度为2600～3100℃，时间为3～5h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤e)中，所述压制处理的压力为30～80mpa，保压时间为30～300min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中：

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述溶剂选自水、乙醇和n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种；

技术总结
本发明提供了一种石墨烯导热膜的制备方法，包括：A)将氧化石墨烯、溶剂、分散助剂和连接助剂混合，得到浆料；B)将所述浆料涂布在基材上，干燥成膜，再将膜与基材分离，得到氧化石墨烯薄膜；C)在保护性气氛下，对所述氧化石墨烯薄膜进行炭化处理；D)在保护性气氛下，对步骤C)所得薄膜进行石墨化处理；E)对步骤D)所得薄膜进行压制处理，得到石墨烯导热膜。本发明提供的制备方法能够减少干燥成膜过程中的开裂和表面粗糙现象以及改善石墨烯存在的缺陷及边缘无序性，提高石墨烯导热膜的热导率。

技术研发人员：张学骜,曹阳,吴炳辉,张捷,朱占勃,韩雪鹏
受保护的技术使用者：嘉庚创新实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15