一种石墨烯复合纳米金刚石散热膜的制备方法与流程

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种石墨烯复合纳米金刚石散热膜的制备方法。

技术背景

随着手机、平板、电脑等消费类电子产品的日益发展，对设备操作体验要求的提高，电子器件越来越向轻、薄、小的方向发展，而对电子产品的硬件配置的要求越来越高，这使得器件功率密度逐渐增加，功耗以及发热量急剧增大，热量聚集无法段时间散出，会导致芯片温度的急剧升高，严重影响电子元件的稳定性、寿命以及安全性。散热材料已成为解决其过热的重要途径，是电子元件可靠、高速运行的重要保障。目前市场上电子设备中主流的散热材料是使用的高导热石墨膜，主要是由聚酰亚胺烧结而成，制备过程中会产生煤焦油，对环境产生污染，且主要依靠国外进口、制备成本偏高、工艺复杂，高质量的聚酰亚胺膜国产化仍需要很长时间。

石墨烯作为一种新型二维材料，是目前世界上最薄也是高强度的纳米材料，其单层石墨烯的导热系数高达5300w/m·k，是一种理想的导热材料，给于新一代散热材料的研制提供了机遇。目前，国内已有大量生产商，氧化石墨烯质量不断提高，为其拥有奠定了基础。主要以氧化石墨烯作为制备石墨烯散热膜的主要原料，通过将氧化石墨烯旋涂、喷涂、涂布成膜并在高温下还原得到还原氧化石墨烯散热膜，但其生产耗能高、成本高，且这些方法制备出的石墨烯膜厚度偏低，热通量低，无法满足目前电子设备对日益增长快速散热的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的方法获得的石墨烯膜厚度偏低，热通量低，无法满足目前电子设备对日益增长快速散热的要求等技术问题，提供了一种石墨烯复合纳米金刚石散热膜的制备方法。

本发明通过的目的通过以下技术方案予以实现：

一种石墨烯复合纳米金刚石散热膜的制备方法，包括以下步骤：

s1.制备石墨烯复合纳米金刚石浆料；

s2.将步骤s1得到的石墨烯复合纳米金刚石浆料涂布于离型膜上；

s3.将步骤s2涂布之后的离型膜进行干燥，剥离得到剥离膜；

s4.将步骤s3得到的剥离膜进行碳化脱氧处理和石墨化处处理即得到石墨烯复合纳米金刚石散热膜；

其中，所述步骤s1中，石墨烯复合纳米金刚石浆料，按重量百分比由以下组分组成：0.05％～5％氧化石墨烯，0.05％～1％的纳米金刚石，0.05％～1％分散剂，0.05％～1％的还原剂，余量为水。

上述石墨烯复合纳米金刚石散热膜的制备方法，步骤s1中将浆料的各组分混合之后，进行搅拌超声配置成粘度为5000～200000mpa·s的浆料，再进行抽真空、脱泡处理，脱泡处理时间为5～60min，直到气泡完全消失。然后将步骤s1得到的复合浆料通过刮刀涂布方式、或凹版涂布方式或浸涂涂布方式或狭缝式涂布方式或转移涂布方式涂布于离型膜上。步骤s3中将涂有浆料的离型膜放置于鼓风干燥箱中烘干，然后将石墨烯复合纳米金刚石从离型膜上剥离，然后步骤s4将剥离得到的剥离膜进行脱氧处理和石墨化处理即可。脱氧处理过程，将得到的剥离膜放入碳化炉中进行脱氧处理。石墨化处理，将脱氧处理的剥离膜放入高温石墨炉中，在真空、氩气或者氮气氛围下进行石墨化处理。

优选地，所述氧化石墨烯的尺寸为1～30μm。

预选的，所述纳米金刚石的尺寸为1～500nm。

优选地，所述还原剂为抗败血酸、水合肼亚硫酸氢钠、硼氢化钠还原剂中的一种或者两种以上混合物。

优选地，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、聚乙二醇、聚乙烯醇、十六烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、烷基二苯醚二磺酸钠、、聚丙烯酸胺、丙烯酸树脂、改性丙烯酸树脂中的任一种或两种以上的混合物。

优选地，所述步骤s2中，浆料在离型膜上的涂布厚度为10～500μm，然后在60℃～100℃的鼓风干燥箱中干燥10～120min。

优选地，所述步骤s3中碳化脱氧处理，包括：以2～5℃/min的升温速率升温至300℃～1800℃，保温2～8h。

优选地，所述步骤s4中进行石墨化出来，包括将脱氧处理之后的剥离膜，以2～5℃/min的升温速率升温至2000℃～3000℃，保温0.5～2h。

优选地，所述步骤s4得到的石墨烯复合纳米金刚石散热膜，延压至密度为1～2g/cm³，延压的压力为1～50mpa。

优选地，所述石墨烯复合纳米金刚石散热膜延压之后的厚度为100～500μm。延压处理采用辊压机进行，延压过程中控制压力可以调节散热膜的厚度。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明提供的一种石墨烯复合纳米金刚石散热膜的制备方法，采用石墨烯和纳米金刚石作为但热莫的原料，一方面得到的石墨烯复合纳米金刚石散热膜的厚度可调，提高了其纵向的热导率。另一面，本发明制备方法简单可行，不会产生大量焦油，处理工艺简捷稳定，具有较高的可重复性，对环境保护具有重大意义。

附图说明

图1为本发明制备方法石墨烯复合纳米金刚石浆料的制备流程图；

图2为实施例1方法获得的石墨烯复合纳米金刚石散热膜的热成像图；

图3为实施例2方法获得的石墨烯复合纳米金刚石散热膜的热成像图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和对比例将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

除特殊说明，本实施例中所用的设备均为常规实验设备，所用的材料、试剂无特殊说明均为市售得到，无特殊说明的实验方法也为常规实验方法。

实施例1

一种石墨烯复合纳米金刚石散热膜的制备方法：

(1)配制石墨烯浆料：按重量百分比将5％氧化薄层石墨烯粉末，90％去离子水混合搅拌超声配制成粘度在20000mpa·s的复合浆料，再进行抽真空、脱泡处理，处理时间为5分钟；

(2)涂布：采用刮刀涂布方式在pet上将上述步骤(1)获得的复合浆料涂布成100μm的石墨烯散热膜，将其在鼓风干燥箱中烘干，使石墨烯散热膜从pet上剥离掉；

(3)预还原处理：将上述步骤(2)得到的氧化石墨烯膜放入碳化炉中进行碳化脱氧处理；

(4)石墨化处理：将上述步骤(3)预还原处理后的氧化石墨烯膜放入高温石墨炉中，在真空、氩气或者氮气氛围下进行石墨化处理，经充分石墨化制得石墨烯散热膜；

(5)压延处理：将上述步骤(4)石墨化后的石墨烯薄膜用辊压机压延至密度为1～2g/cm³以上可得到热导率在1200±100w/m·k、纵向热导率在10±3w/m·k、范围内的高导热高性能厚度可控的石墨烯散热膜。

实施例2

一种石墨烯复合纳米金刚石散热膜的制备方法：

(1)配制石墨烯/纳米金刚石复合浆料：按重量百分比将5％氧化薄层石墨烯粉末，0.05％纳米金刚石粉末，89.95％去离子水混合搅拌超声配制成粘度在20000mpa·s的复合浆料，再进行抽真空、脱泡处理，处理时间为10分钟；

(2)涂布：采用刮刀涂布方式在pet上将上述步骤(1)获得的复合浆料涂布成100μm的石墨烯散热膜，将其在鼓风干燥箱中烘干，使石墨烯散热膜从pet上剥离掉；

(3)预还原处理：将上述步骤(2)得到的氧化石墨烯膜放入碳化炉中进行碳化脱氧处理；

(4)石墨化处理：将上述步骤(3)预还原处理后的氧化石墨烯膜放入高温石墨炉中，在真空、氩气或者氮气氛围下进行石墨化处理，经充分石墨化制得石墨烯散热膜；

(5)压延处理：将上述步骤(4)石墨化后的石墨烯薄膜用辊机压延至密度为1～2g/cm³以上可得到热导率在1300±50w/m·k、纵向热导率在15±3w/m·k、范围内的高导热高性能厚度可控的石墨烯散热膜。

实验例

将实施例1和实施例2方法获得的石墨烯复合纳米金刚石散热膜进行热成像实验得到热成像图，如图1和图2所示。从图1和图2可以说明在同样的温度下，复合浆料中加入金刚石的石墨烯复合纳米金刚石散热膜其表面温度更低，散热更快。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。