[发明专利]一种高性能石墨-石墨烯双层碳基导热薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种双层碳基导热薄膜的制备方法，步骤如下：(1)石墨烯基浆料的制备：a.将包含氧化石墨烯(GO)的溶液进行水热还原反应，之后球磨制备得到石墨烯基浆料；或b.将包含石墨的溶液用机械剥离的方法制备得到石墨烯基浆料；(2)导热薄膜的制备：将制备的石墨烯基浆料涂覆在石墨纸上，得到导热薄膜。构筑的薄膜不仅保持了石墨纸良好的机械性能。相比与单独的石墨纸，涂覆了石墨烯的双层碳基导热薄膜的散热能力提高了30％，实现了400W m^‑1k^‑1以上的导热能力。采用刷涂法、喷涂法、刮涂法，印刷法等涂膜方法将制备的石墨烯基浆料涂覆在商业石墨纸上，工艺简单，有利于大规模生产。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，更具体地，涉及一种双层碳基导热薄膜的制备方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，高效导热和散热成为许多领域亟待解决的问题。例如通讯卫星用的高功率电子设备在运行过程中会产生和积聚大量的热量。高度集成的电子器件(如CPU)，其单位容积电子器件的发热量随着工作时间的增加会迅速增大，因此会使系统产生的热量骤增。如果处理不及时，就会导致半导体器件提前老化或是加速电子元件的热机械损坏。因此为了满足电子设备高功率，小体积的产品设计大趋势，迫切需要开发一种质量轻、导热率高的材料。

传统的金属导热材料中金和银属于导热性能最佳的材料，但其价格太高，难以被广泛应用。金属铜也有较好的散热效果，但其具有容易被氧化而降低性能等局限性。另外，在航天领域，小体积设备不仅仅需要导热材料有高的导热率和高温承受能力，还要有良好的热机械性能和较小的密度。

目前许多科学家认识到利用碳材料的特殊结构和性能可以生产出满足上述要求的高导热材料。碳材料具有较低的密度、低热膨胀系数、优异的机械性能和较高的热导率，是近年来最具发展前景的一类导热材料，因而在能源、计算技术、通讯、电子、激光和空间科学等领域具有广阔的应用前景。但是一般多晶石墨材料的常温热导率仅为70～150W m^-1K^-1，远远不能满足上述场合的需求。

因此，构筑一种新型结构的碳基高性能导热材料是急迫需要的。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双层碳基导热薄膜的制备方法，依据该方法所制备的导热薄膜有至少400W m^-1k^-1的热导率，其中通过对反应原料的选定和对石墨烯浆料的制备和涂覆方法的选择等关键工艺步骤的改进，实现了新型双层碳基导热薄膜的制备；并且，该制备方法工艺简单、操作便捷，反应材料廉价、易得，而且可以大规模制备。

本发明技术方案如下：

一种双层碳基导热薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)石墨烯基浆料的制备：

a.将包含氧化石墨烯(GO)的溶液进行水热还原反应，之后球磨制备得到石墨烯基浆料；或

b.将包含石墨的溶液用机械剥离的方法制备得到石墨烯基浆料；

(2)导热薄膜的制备：将步骤(1)制备得到的石墨烯基浆料涂覆在石墨纸上，得到导热薄膜。

根据本发明，步骤(1)a中，所述包含氧化石墨烯(GO)的溶液中还可以包括碳纳米管、金刚石、碳化硅、硅、金、银、铜、铝等材料中的一种或多种。

根据本发明，步骤(1)b中，所述包含石墨的溶液中还包括表面分散剂，例如为十二烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠、十六烷基三甲基氯化铵、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠和聚乙二醇中的至少一种。

根据本发明，步骤(1)b中，用机械剥离的方法剥离后，可以任选与碳纳米管、金刚石、碳化硅、硅、金、银、铜、铝等材料中的一种或多种混合，制备得到石墨烯复合浆料；