[发明专利]一种氧化石墨制备天然石墨散热膜的方法

说明书

本发明涉及一种大尺寸、高热导率的天然石墨散热膜的制备方法，以天然的鳞片石墨作为原料，通过改良的氧化石墨制备方法，得到极易清洗的高度氧化石墨，随后将氧化石墨分散在溶剂中制备成浆料，在基底上涂膜，得到的湿膜烘干后脱模收卷，进行碳化或氢碘酸还原处理，再进行石墨化处理、压延，得到高热导率的天然石墨膜。应用本方法可以非常简易地制得厚度3‑20μm，宽度50‑200 mm，长度大于2m的低成本天然石墨膜，其面内的热导率可以达到1460 W m^‑1 K^‑1，电导率可以达到5700S cm^‑1。

技术领域

本发明涉及一种天然石墨膜的制备方法，特别涉及一种由氧化石墨制备的低成本、高热导率的天然石墨散热膜制备方法。

背景技术

为了追求更高性能、更方便的便携式电子设备，集成电路的功能不断发展，体积不断地缩小，在单位面积上产生的热量也逐渐增加，这使得散热材料的发展受到了广泛的关注。

目前常用的导热硅脂、导热银胶等复合材料热导率普遍偏低，越来越难以满足便携式设备的散热需求；金属材料虽然具有不错的热导率，但是由于密度太大，限制了其在便携式设备中的使用；而使用水冷的散热方式则由于管路布局繁杂、占用体积大等问题而非常难在便携式设备中使用，因此这些传统的散热材料越来越难以满足集成电路的发展需求。近年来，高热导率的石墨膜以其较低的密度（~ 2 g cm^-3）、超高的热导率（ 1000 W m^-1K^-1）以及良好的柔韧性而受到了广泛的追捧，在便携式设备的散热中具有非常好的应用前景。

使用天然石墨作为原料膨胀后压延制备的天然石墨膜具有比较多的缺陷，热导率不会特别高（ 500 W m^-1 K^-1），为了改善这一情况，许多人采用石墨烯或氧化石墨烯来制备天然石墨散热膜。公开号为CN105523547A的专利公开了一种超大片均匀氧化石墨烯溶液成膜并热处理制备散热膜的方法；公开号为CN105399085A的专利公开了一种氧化石墨烯膜抽滤成膜再通过强碱溶液浸泡得到自支撑的膜的方法；公开号为CN106520079A的专利公开了采用石墨烯量子点和氧化石墨烯共混制备的石墨烯散热膜；公开号为CN106044753A的专利公开了使用氧化石墨烯溶液在电场作用下取向得到高度取向的GO膜。由于目前氧化石墨烯和石墨烯的售价比较高，使用氧化石墨烯和石墨烯制备散热膜的成本未必比高导热的人造石墨膜低，使得石墨烯的优势不突出；氧化石墨烯氧化完成后繁杂的洗涤过程也进一步抬高了产品的生产难度。

发明内容

为了解决上述问题，我们提供了一种通过氧化石墨来制备石墨散热膜的方法，这种氧化石墨是由改良的Hummers法制成，非常容易清洗，且由于该氧化石墨可以简单制备成分散液制膜，不用完全剥离制成氧化石墨烯，片层尺寸不易受到破坏，工艺过程得到了简化，具有比较明显的优势。

本发明涉及一种高导热天然石墨散热膜的制备方法，以鳞片石墨作为原材料，经过改良的氧化方法制备得到极易洗涤的氧化石墨，将所得氧化石墨在溶剂中分散，于基底上涂膜，湿膜烘干后进行还原处理后再进行石墨化处理，并压延平整，得到高热导率的天然石墨散热膜，具体步骤如下：

（１）选择鳞片石墨，将鳞片石墨与浓硫酸和高锰酸钾混合后，进行氧化反应，得到氧化石墨，氧化完成后，通过筛网过滤，将所得氧化石墨洗涤；其中：所述的氧化反应分为两步，第一步为预氧化的插层膨胀，鳞片石墨与浓硫酸的质量比为1:10-1:50，鳞片石墨与高锰酸钾的质量比为5:1-1:1，选择鳞片石墨、浓硫酸与高锰酸钾在冰水浴中共混，15-50 ^oC下反应30 min-2 h，将反应完的插层石墨用筛网滤干；第二步为氧化处理过程，将插层石墨、浓硫酸与高锰酸钾按照一定的比例在冰水浴中共混，在15-50 ^oC下反应2-20 h；控制鳞片石墨与浓硫酸的质量比为1:50-1:200，鳞片石墨与高锰酸钾的质量比为1:2-1:5；