[发明专利]一种石墨烯复合高分子膜材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯复合高分子膜材料，其特征在于：其包括含有多个贯穿孔的高分子膜及生长在高分子膜表面和贯穿孔的孔壁的石墨烯，所述石墨烯通过液相沉积的方式生长在高分子膜的表面和贯穿孔的孔壁，所述石墨烯与高分子膜的结合强度为1Mpa～20Mpa。本发明还提供一种石墨烯复合高分子膜材料的制备方法。

技术领域

本发明属于涉及一种散热器件及其制备方法，尤其涉及一种高导热的石墨烯复合高分子膜材料及其制备方法。

背景技术

导热材料在国防工业和国民经济各个领域都有很广泛的应用。随着工业生产和科学技术的迅速发展，人们对导热材料提出了更新、更高的要求，除导热性外，希望材料具有优良的综合性能如质轻、易加工性、力学性能优异、耐化学腐蚀等。高分子材料具有质轻、耐化学腐蚀、易加工成型、电绝缘性能优异、力学及抗疲劳性能优良等优异的特点。但高分子材料是绝缘体，且热导率极低，在很大程度上限制了它在导热领域的应用。

近年来，高信息产业的蓬勃发展，如电器、微电子领域中广泛使用的高散热界面材料及封装材料，电磁屏蔽、电子信息领域广泛使用的功率管、集成块、热管、集成电路、覆铜基板等元器件。高分子材料在这些高端信息化产品配件上的应用将向着高功率化、高密度化、高集成化，散热快等方向发展，这为高导热高分子材料在新的领域的发展提供了更大的舞台。

目前，提高高分子材料的导热性主要是通过向基体中添加具有高导热性的填料的方法制备填充型高分子复合材料。常用的填料有，金属如Au、Ag、Cu、Al、Mg等，金属氧化物如A1₂O₃、MgO、BeO、ZnO、NiO等，金属氮化物如AlN、Si₃N₄、BN等以及其它非金属材料如石墨、炭黑、碳纳米管等。益小苏等(请参阅文献：Polymer Testing,2004,23:797-801)用AlN粒子填充聚酰亚胺，发现当填充率达到32.78％时，其热导率达到0.8W/m·K。林晓丹、曾幸荣等(请参阅文献：塑料工业,2006,34：65-67)通过将聚苯硫醚(PPS)与氧化镁混合经双螺杆挤出机挤出造粒制备了导热绝缘塑料，在氧化镁填充量达到80％时，热导率可达3.4W/m·K。Lin.Li等(请参阅文献：Journal of electronic materials,1994,23(6):557-564)研究了AlN与SiC填充的PI复合材料的导热系数，在填充量为50％时，AlN/PI复合材料的热导率从0.128提高到1.76W/m·K；SiC/PI体系的热导率从0.128提高到1.26W/m·K。但是，目前存在的问题是：①填充型高分子复合材料中高导热填料添加量很难超过50％；②填充型高分子复合材料的热导率还不够高。

近几年来，石墨烯作为一种新型材料在全世界引起了广泛关注。它是由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成的，其理论厚度仅为0.35nm，是目前所发现的最薄的二维材料。石墨烯是构成其它碳材料的基本单元，可以翘曲成零维的富勒烯，卷曲形成一维的CNTs或者堆垛成三维的石墨。这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象，使石墨烯表现出许多优异的物理化学性质。这里所涉及的是它的热学性能，它作为一种低维纳米碳材料，具有高达3000W/m·K～6000W/m·K的热传导率，是目前发现的导热性能最好的材料。理论上，在高分子基体中添加少量的石墨烯就可以大幅提高高分子的热导率。但是石墨烯材料也有不足之处，其在高分子基体中很难分散，石墨烯在高分子基体中并非呈铺展状而是团聚状，因此无法发挥其高热导率的特性。

因此，开发出高热导率的石墨烯复合高分子膜材料不仅具有重大的创造性，对于高分子材料在导热领域的应用也具有巨大的推动作用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种石墨烯复合高分子膜材料及其制备方法，该石墨烯复合高分子膜材料不仅具有较高的热导率，还具有较高的结合强度，将其应用于集成电路、电子器件、热交换器、LED等电子设备的散热装置中，起到快速散热保障电子元器件高效、稳定、长寿命运行的效果。