[发明专利]一种石墨电子散热材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨电子散热材料及其制备方法与应用。

背景技术

天然石墨是由六边形排列或网状的碳原子的层面所构成的。这些六边形排列的碳原子层面基本是平坦的且是定向的、规则的，由于层面内碳原子的结构类似于烯，故单层石墨也叫石墨烯，天然石墨的层与层间基本是平行的、等距的,且上一层面网六边形的一个角正好位于下一层面网六边形的中心，以此类推。由于天然石墨的典型的层状结构，即层与层间的碳原子靠较弱的范德华键结合在一起，而层内碳原子则是靠共价键结合在一起，才使得它的层与层间碳原子的距离或叫层间距较大而层面内碳原子的间距较小即它结构上的各向异性，导致了它在导热、导电上的各向异性，它的层面内的热导率较高—理论上可达2100w/(m.k)，石墨层间热导率却较低—只有6w/(m.k)左右；由此可见，如果方法适当，以纯石墨可制备出热导率较高的柔性石墨材料，但会受到上限的限制，如果突破该上限，则需引入热导率比石墨更高的材料。在无机非金属材料中，只有人造碳纳米管符合此条件，人造单壁碳纳米管的热导率室温下为3980-6600为w/(m.k)，双壁碳纳米管为3580w/(m.k)，多壁碳纳米管为2860w/(m.k)），由此可见，只要能让两者很好地结合并发挥它们的协同效应，就会使由它们制得的复合材料的热导率大幅提高。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题在于针对上述现有技术而提出一种电子散热材料的制备方法，通过使可膨胀石墨内生脉冲电涡流并瞬间升温膨胀以及对膨胀后石墨蠕虫取向进行疏导从而制备出高导热柔性石墨及其复合材料，克服传统制备柔性石墨材料热导率不高的缺点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种石墨电子散热材料，其由下述方法制备而得，包括有以下步骤：

1）将原料可膨胀石墨通过负压系统送入高温炉内的脉冲中、高频电感应场中，可膨胀石墨由于内生脉冲电涡流瞬间升温并膨胀为石墨蠕虫；

2）将上述石墨蠕虫经一次固气分离器进行固气分离，其中膨胀充分的石墨蠕虫由其顶部进入二次固气分离器进行固气再分离，再分离后的石墨蠕虫则由二次固气分离器底部排出；未充分膨胀的石墨蠕虫经一次固气分离器进行固气分离后，则由其底部排出，再经螺旋输送机返回膨胀炉进行二次再膨胀，从而在膨胀炉与一次固气分离器间形成了物料的局部循环；

3）将上述由二次固气分离器底部排出的石墨蠕虫冷却后，直接通过或加入碳纳米管后再通过下方带有电极且其上方有压延辊的运动的输送带，压延辊施以近乎与石墨层面垂直方向的压力，石墨蠕虫体积沿膨胀时的反方向被大大压缩，得到被初步压缩的纯石墨蠕虫或含碳纳米管的石墨蠕虫；

4）将被初步压缩的石墨蠕虫或含碳纳米管的石墨蠕虫再通过模压或多段辊压方式压制成柔性石墨膜、板或卷材，其垂直面内热导率为10-30w/（m.k），平行面内热导率为300-900w/（m.k）。

按上述方案，所述的可膨胀石墨的粒度大小为+50目、+80目、+100目或+150目，其膨胀倍率为＞200ml/g，所述的碳纳米管的粒度为2-30nm，其加入量为可膨胀石墨的0-8%，质量百分比计。

按上述方案，所述的脉冲中、高频电感应加热源中脉冲中频为300～3000KHZ电感应加热源，脉冲高频为3～30MHZ电感应加热源。

按上述方案，所述的膨胀炉体（3）为圆柱体且由碳材料构成，其中物料是自下而上通过膨胀炉体，其内温度为900-1400℃。

所述的石墨电子散热材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）将原料可膨胀石墨通过负压系统送入高温炉内的脉冲中、高频电感应场中，可膨胀石墨由于内生脉冲电涡流瞬间升温并膨胀为石墨蠕虫；

2）将上述石墨蠕虫经一次固气分离器进行固气分离，其中膨胀充分的石墨蠕虫由其顶部进入二次固气分离器进行固气再分离，再分离后的石墨蠕虫则由二次固气分离器底部排出；未充分膨胀的石墨蠕虫经一次固气分离器进行固气分离后，则由其底部排出，再经螺旋输送机返回膨胀炉进行二次再膨胀，从而在膨胀炉与一次固气分离器间形成了物料的局部循环；

3）将上述由二次固气分离器底部排出的石墨蠕虫冷却后，直接通过或加入碳纳米管后再通过下方带有电极且其上方有压延辊的运动的输送带，压延辊施以近乎与石墨层面垂直方向的压力，石墨蠕虫体积沿膨胀时的反方向被大大压缩，得到被初步压缩的纯石墨蠕虫或含碳纳米管的石墨蠕虫；

4）将被初步压缩的石墨蠕虫或含碳纳米管的石墨蠕虫再通过模压或多段辊压方式压制成柔性石墨膜、板或卷材。