一种石墨烯导热膜及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种石墨烯导热膜的制备方法，其包括以下步骤：(1)提供一石墨烯浆料，所述石墨烯浆料中石墨烯的质量分数为5％～15％；(2)将石墨烯浆料、粘结剂、分散剂和第一溶剂混合，得到混合物，其中混合物中各组分的重量份数为：石墨烯浆料20～95、粘结剂1～20、分散剂0.5～10和第一溶剂1～20；(3)提供一基底，将所述混合物涂覆于所述基底的表面并干燥，以在所述基底的表面形成一石墨烯层，得到所述石墨烯导热膜。本发明还提供一种石墨烯导热膜。
【专利说明】
一种石墨烯导热膜及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种导热薄膜，尤其涉及一种石墨烯导热膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子产业的高速发展，电子设备越来越普及。电子产品功率的增加和产品的 超薄化对电子设备内部热传导材料提出了更高的要求。
[0003] 现有的热传导材料包括金属类、非金属类和复合类三种。常见的金属类热传导材 料为铜或铝，其热传导性能非常好，但其质重。非金属类的热传导材料分为导热硅胶、石墨 等，其中导热硅胶、可压缩，但导热硅胶相比铜等金属来说，热传导太慢，并且通常要搭配风 扇，使用不方便。纯的石墨的表面导热系数虽然超过铜，但Z向（厚度方向）的导热系数不如 铜等金属，且石墨在规模加工中太脆，易断裂，良率不高。可见，现有的导热材料均难以兼具 导热性能以及易加工的优点。
[0004] 中国专利公告号CN103449423A，公告日2013年12月18日，名称为一种石墨烯导热 膜及其制备方法。该申请案公开了一种高导热性石墨烯导热膜的制备方法，主要通过将氧 化石墨烯膜通过高温石墨化炉，烧结温度在2000 °C左右，并且氩气的保护下制备出的石墨 烯导热膜，虽然制备出的产品的热导率较高，但制备条件苛刻，并且需要消耗大量的电能， 产量相对较低。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种易于产业化、且导热性能优异的石墨 烯导热膜及其制备方法，以克服现有技术问题。
[0006] 本发明提供一种石墨烯导热膜的制备方法，其包括以下步骤：
[0007] (1)提供一石墨烯浆料，所述石墨烯浆料中石墨烯的质量分数为5%~15% ;
[0008] (2)将石墨烯浆料、粘结剂、分散剂和第一溶剂混合，得到混合物，其中混合物中各 组分的重量份数为:石墨烯浆料20~95、粘结剂1~20、分散剂0.5~10和第一溶剂1~20;
[0009] (3)提供一基底，将所述混合物涂覆于所述基底的表面并干燥，以在所述基底的表 面形成一石墨烯层，得到所述石墨烯导热膜。
[0010] 优选的，步骤(1)中所述石墨烯浆料中石墨烯的质量分数为5%~8%。
[0011] 优选的，步骤（1)中所述石墨烯包括碳元素与非碳元素，其中，碳元素与非碳元素 的质量比大于4:1，所述非碳元素为氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中的至少一种。
[0012] 优选的，步骤(1)中所述石墨烯为单层石墨烯或者层数为2~50的多层石墨烯。 [0013]优选的，步骤(1)中所述石墨烯为带有官能团的石墨烯，所述官能团为羟基、羧基、 幾基、氣基、疏基中的至少一种。
[0014]优选的，步骤(1)中所述石墨烯浆料还包括一第二溶剂，所述第二溶剂为水、乙醇、 或者水与乙醇以体积比为(3~5): 1进行混合的混合溶剂。
[0015]优选的，步骤(2)中所述混合物中各组分的重量份数为:石墨烯浆料65~85、粘结 剂8~15、分散剂1~6和第一溶剂10~16。
[0016]优选的，步骤(2)中所述分散剂为乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氧 化均聚物中的一种，所述粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、氯乙烯-醋酸乙烯中 的一种，所述第一溶剂为水、乙醇、醋酸、乙二胺、甲苯二异氰酸酯中的至少一种。
[0017] 优选的，步骤(3)中所述基底为铜箱或铝箱。
[0018] 本发明还提供一种采用上述的制备方法得到的石墨烯导热膜，所述石墨烯导热膜 包括基底以及覆于所述基底的表面的石墨烯层，所述石墨烯层包括多个均匀分布的石墨 烯，该多个石墨烯形成导热网络。
[0019] 相较于现有技术，本发明所述石墨烯导热膜及其制备方法具有以下优点：第一，由 于采用石墨烯浆料，将石墨烯预先用第二溶剂进行分散，以液态的浆料形式与粘结剂等其 他组份混合，因而石墨烯在所述得到的混合物中也是均匀分散的状态，故得到的石墨烯层 中石墨烯均匀分散而形成以较好的导热网络;第二，由于在铜箱或铝箱制成的基底上设置 石墨烯层，弥补了石墨烯层在厚度方向上导热性能较差的缺陷，因而得到的石墨烯导热膜 具有优异的导热性能;第三，该制备方法中直接以石墨烯浆料为原料，既避免了以粉末状的 石墨烯加入时分散不均匀的问题，又制备工艺简单，制备条件简单，可产业化，进行石墨烯 导热膜的批量生产。
[0020] 所得到的石墨烯导热膜包括石墨烯层以及基底，其既具有石墨烯的高导热性，并 且由于基底的存在，可较好的承载所述石墨烯层，而可提高所述石墨烯导热膜的加工性能， 易于运输且方便应用。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明所述石墨烯导热膜的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实 施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本 发明保护的范围。
[0023] 本发明提供一种石墨烯导热膜的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：
[0024] (1)提供一石墨烯浆料，所述石墨烯浆料中石墨烯的质量分数为5%~15%;
[0025] (2)将石墨烯浆料、粘结剂、分散剂和第一溶剂混合，得到混合物，其中混合物中各 组分的重量份数为:石墨烯浆料20~95、粘结剂1~20、分散剂0.5~10和第一溶剂1~20;
[0026] (3)提供一基底，将所述混合物涂覆于所述基底的表面并干燥，以在所述基底的表 面形成一石墨烯层，得到所述石墨烯导热膜。
[0027] 在步骤（1)中，石墨烯浆料可为市场所售的产品，也可自行制备。所述石墨烯浆料 的制备较为简单，具体如下:将粉末状的石墨烯烃由第二溶剂超声分散，即可得到所述石墨 稀衆料。优选的，所述石墨稀衆料中石墨稀的质量分数为5%~8%。
[0028]所述石墨烯可为单层石墨烯或者层数为2~50的多层石墨烯。所述石墨烯也可为 经过功能化处理而得到带有官能团的石墨烯。所述官能团为羟基、羧基、羰基、氨基、巯基中 的至少一种。所述石墨烯包括碳元素与非碳元素，其中，碳元素与非碳元素的质量比大于4: 1，所述非碳元素为氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中的至少一种。
[0029]步骤(2)中，可通过超声、搅拌等方式将各组份均匀混合。所述分散剂为乙烯-丙烯 酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氧化均聚物中的一种。所述粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树 月旨、聚氨酯树脂、氯乙烯-醋酸乙烯中的一种。所述第一溶剂为水、乙醇、醋酸、乙二胺、甲苯 二异氰酸酯中的至少一种。
[0030] 优选的，所述混合物中各组分的重量份数为:石墨烯浆料65~85、粘结剂8~15、分 散剂1~6和第一溶剂10~16;更优选的，石墨烯浆料70~80、粘结剂12~15、分散剂3~5和 第一溶剂10~15。
[0031] 在步骤(3)中，所述基底为铜箱或铝箱。所述基底的厚度不限，可支撑所述石墨烯 层即可。将所述混合物涂覆于所述基底可通过涂布机实现。所述干燥的过程可分为三段区 间。具体的，可在85摄氏度~95摄氏度这第一区间加热干燥，之后在100摄氏度~110摄氏度 进行第二区间加热干燥，最后在85摄氏度~90摄氏度进行第二区间加热干燥。
[0032] 本发明还提供一种采用上述制备方法得到的石墨烯导热膜。请参阅图1，所述石墨 烯导热膜包括基底1以及覆于所述基底的表面的石墨烯层2。所述石墨烯层2包括多个均匀 分布的石墨烯。该多个石墨烯形成导热网络。
[0033] 相较于现有技术，本发明所述石墨烯导热膜及其制备方法具有以下优点：第一，由 于采用石墨烯浆料，将石墨烯预先用第二溶剂进行分散，以液态的浆料形式与粘结剂等其 他组份混合，因而石墨烯在所述得到的混合物中也是均匀分散的状态，故得到的石墨烯层 中石墨烯均匀分散而形成以较好的导热网络;第二，由于在铜箱或铝箱制成的基底上设置 石墨烯层，弥补了石墨烯层在厚度方向上导热性能较差的缺陷，因而得到的石墨烯导热膜 具有优异的导热性能;第三，该制备方法中直接以石墨烯浆料为原料，既避免了以粉末状的 石墨烯加入时分散不均匀的问题，又制备工艺简单，制备条件简单，可产业化，进行石墨烯 导热膜的批量生产。
[0034] 所得到的石墨烯导热膜包括石墨烯层以及基底，其既具有石墨烯的高导热性，并 且由于基底的存在，可较好的承载所述石墨烯层，而可提高所述石墨烯导热膜的加工性能， 易于运输且方便应用。
[0035] 下面结合具体实施例对本发明所述石墨烯导热膜及其制备方法进行说明：
[0036] 实施例1
[0037] 提供一石墨烯浆料，所述石墨烯浆料中石墨烯的质量分数为5%。
[0038] 将石墨烯浆料、粘结剂丙烯酸树脂、分散剂乙烯-丙烯酸共聚物和第一溶剂依次放 入搅拌器中，充分搅拌均匀，制备成浆料状的混合物。所述第一溶剂为乙醇与去离子水以体 积比3:2进行混合的混合溶剂。其中混合物中各组分的重量份数为:石墨烯浆料80、粘结剂 丙烯酸树脂10、分散剂乙烯-丙烯酸共聚物5和第一溶剂5。
[0039] 通过涂布机将所述浆料状的混合物涂布于铜箱表面形成涂布层，涂布层的厚度为 20m。再对铜箱以及涂布层一并进行干燥，其中涂布机烘箱温度设置成三个加热区间，第一 段区间95摄氏度，第二段区间110摄氏度，第三段区间90摄氏度。最后得到石墨烯导热膜。
[0040] 实施例2
[0041] 提供一石墨烯浆料，所述石墨烯浆料中石墨烯的质量分数为6%。
[0042] 将石墨烯浆料、粘结剂丙烯酸树脂、分散剂乙烯-丙烯酸共聚物和第一溶剂依次放 入搅拌器中，充分搅拌均匀，制备成浆料状的混合物。所述第一溶剂为乙醇与去离子水以体 积比1:2进行混合的混合溶剂。其中混合物中各组分的重量份数为:石墨烯浆料90、粘结剂 丙烯酸树脂2、分散剂乙烯-丙烯酸共聚物3和第一溶剂5。
[0043] 通过涂布机将所述浆料状的混合物涂布于铜箱表面形成涂布层，涂布层的厚度为 20m。再对铜箱以及涂布层一并进行干燥，其中涂布机烘箱温度设置成三个加热区间，第一 段区间85摄氏度，第二段区间100摄氏度，第三段区间90摄氏度。最后得到石墨烯导热膜。
[0044] 实施例3
[0045] 提供一石墨烯浆料，所述石墨烯浆料中石墨烯的质量分数为8%。
[0046] 将石墨烯浆料、粘结剂聚氨酯树脂、分散剂乙烯-丙烯酸共聚物和第一溶剂依次放 入搅拌器中，充分搅拌均匀，制备成浆料状的混合物。所述第一溶剂为乙醇与去离子水以体 积比1:1进行混合的混合溶剂。其中混合物中各组分的重量份数为:石墨烯浆料88、粘结剂 聚氨酯树脂3、分散剂乙烯-丙烯酸共聚物1和第一溶剂8。
[0047] 通过涂布机将所述浆料状的混合物涂布于铜箱表面形成涂布层，涂布层的厚度为 18m。再对铜箱以及涂布层一并进行干燥，其中涂布机烘箱温度设置成三个加热区间，第一 段区间95摄氏度，第二段区间100摄氏度，第三段区间85摄氏度。最后得到石墨烯导热膜。
[0048] 对比例1
[0049] 市售的导热薄膜，购自深圳北川精密有限公司。
[0050] 对比例2
[0051] 所用配方与制法与实施例1相同，唯一区别是其中未加入固含量相同的石墨烯浆 料。
[0052]将实施例1~3得到的石墨烯导热膜与对比例1~2的导热薄膜进行测试，结果如表 1所示。
[0053]表1实施例1~3以及对比例1~2的产品导热性能测试结果
[0055]由表1可见，本发明所述石墨烯薄膜的导热性能明显优于对比例1~2的导热薄膜。 [0056]以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对 于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行 若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0057]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤： (1) 提供一石墨烯浆料，所述石墨烯浆料中石墨烯的质量分数为5%~15%; (2) 将石墨烯浆料、粘结剂、分散剂和第一溶剂混合，得到混合物，其中混合物中各组分 的重量份数为:石墨烯浆料20~95、粘结剂1~20、分散剂0.5~10和第一溶剂1~20; (3) 提供一基底，将所述混合物涂覆于所述基底的表面并干燥，以在所述基底的表面形 成一石墨烯层，得到所述石墨烯导热膜。2. -种如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，步骤（1)中所述石 墨稀衆料中石墨稀的质量分数为5%~8%。3. -种如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，步骤（1)中所述石 墨烯包括碳元素与非碳元素，其中，碳元素与非碳元素的质量比大于4:1，所述非碳元素为 氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中的至少一种。4. 一种如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，步骤（1)中所述石 墨烯为单层石墨烯或者层数为2~50的多层石墨烯。5. -种如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，步骤（1)中所述石 墨烯为带有官能团的石墨烯，所述官能团为羟基、羧基、羰基、氨基、巯基中的至少一种。6. -种如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，步骤（1)中所述石 墨烯浆料还包括一第二溶剂，所述第二溶剂为水、乙醇、或者水与乙醇以体积比为(3~5): 1 进行混合的混合溶剂。7. -种如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述混 合物中各组分的重量份数为:石墨烯浆料65~85、粘结剂8~15、分散剂1~6和第一溶剂10 ~16〇8. -种如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述分 散剂为乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氧化均聚物中的一种，所述粘结剂为丙 烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、氯乙烯-醋酸乙烯中的一种，所述第一溶剂为水、乙醇、醋 酸、乙二胺、甲苯二异氰酸酯中的至少一种。9. 一种如权利要求1所述的石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述基 底为铜箱或铝箱。10. -种采用如权利要求1~9任一项所述的制备方法得到的石墨烯导热膜，其特征在 于，所述石墨烯导热膜包括基底以及覆于所述基底的表面的石墨烯层，所述石墨烯层包括 多个均匀分布的石墨烯，该多个石墨烯形成导热网络。
【文档编号】B05D3/02GK105967177SQ201610356391
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】赵永胜, 付正伟, 唐长林, 张羽, 黄维威, 周旭峰, 刘兆平, 茆玉宝
【申请人】宁波墨西新材料有限公司