[发明专利]一种高性能导热线及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能导热线及其制备方法。该导热线由柔性石墨烯导热膜和基材组成；以质量百分比计，所述的柔性石墨烯导热膜原料组成为：5‑30％的氧化石墨烯，60‑85％的溶剂，1‑5％的润湿剂，1‑3％的助剂，5‑10％的表面活性剂，1‑4％的胶黏剂；导热线的导热系数为783W/(m·K)以上。本发明石墨烯‑复合材料导热线达到783W/(m·K)以上，导热材料的当量直径可根据要求进行控制，耐急冷急热性良好，同时具有柔性且体积、质量小的特点。

技术领域

本发明属于导热材料领域，具体涉及一种高导热性能的导热线及其制备方法，该导热线主要用于对高温设备的进行热传输。

背景技术

本发明针对发展迅猛的高集成高功率电子设备，集成化程度越来越高，芯片尺寸在不断的减小，如高性能微处理器等电子元器件及其高集成度的强势发展，使其热流密度已达到1000W/cm²，从而导致芯片热流密度急剧增加和温度分布不均，使得芯片出现热失效问题，影响其高效、稳定、安全运行和使用寿命。诸多领域，对减重愈来愈严格。如对于航天飞行设备，卫星热控制系统中导热器件(热管)的质量约占热控系统质量的60％以上。对航天飞行器而言，其质量每减少1Kg，就可以使运载火箭的燃料质量减轻500Kg。由此可知，导热器件的质量直接影响卫星发射所需要的燃料量。同时卫星工作时由于受到太阳辐射与深冷背景的影响，冷热交变剧烈，温度范围可达 -180℃～120℃，致使各部件温差变化巨大，导致变形热屈曲或热致振动结构响应，影响卫星正常工作。自获得单层石墨烯，相关研究表明获得的单层石墨烯平均导热系数可达5500W/(m·k)，石墨烯作为目前世界上已知材料中导热性能最好的材料，代表着整个传热学科和传热领域的未来。

目前，石墨烯复合导热材料通常是将石墨烯以添加剂的身份加入到树脂或聚合物中以提升其高导热特性，但其导热率往往只有10W/(m·k)左右，使得石墨烯在传热方面的应用很受局限及卫星空间位置局限。

发明内容

本发明的目的旨在对现有技术的不足，以及对空间有限的高温部件进行快速热移除，提供一种耐侯性好，具有柔性且结合力强的高导热的导热线。

本发明的另一目的在于提供该导热线的制备方法。

本发明采用了纯石墨烯制备石墨烯导热薄膜，不加入任何树脂或聚合物与碳纤维等基底材料通过滚压的方式制备成石墨烯-碳纤维复合柔性导热膜，再通过膜卷制技术，将复合柔性导热膜卷制成导热线，可实现石墨烯的高导热特性，并具有柔性。

本发明是一种石墨烯导热线复合材料，该石墨烯导热线复合材料包括石墨烯薄膜、碳纤维薄膜及胶黏剂，其中石墨烯导热线是通过胶黏剂将石墨烯薄膜与碳纤维薄膜贴合在一起，并使用滚压机处理，再经过卷制技术将其卷制成线。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种高性能导热线，由柔性石墨烯导热膜和基底材料组成；以质量百分比计，所述的柔性石墨烯导热膜原料组成为：5-30％的氧化石墨烯，60-85％的溶剂，1-5％的润湿剂，1-3％的助剂， 5-10％的表面活性剂，1-4％的胶黏剂；导热线的导热系数为783W/(m·K)以上；

所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠和甘胆酸钠中的一种或是多种；

所述的助剂为3-(三甲氧基硅丙基)二甲基十八烷基氯化铵和聚苯胺的质子酸中的一种或两者混合；

所述润湿剂为硅烷偶联剂和流平剂；硅烷偶联剂为DW-56硅烷偶联剂、DW-55硅烷偶联剂或Z-6040硅烷偶联剂；其中硅烷偶联剂与流平剂的质量比为1-1.4：1；