[发明专利]一种石墨烯膜导热材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯膜导热材料的制备方法，用于替代以PI为原料的人造石墨散热片。该石墨烯膜导热材料的制备方法包括：1、石墨烯‑导热陶瓷‑高分子复合膜的制备；2、石墨烯‑导热陶瓷‑高分子复合膜经过石墨化制程处理；3、压延处理。石墨烯‑导热陶瓷‑高分子复合膜的制备：通过使用水性石墨烯与极少量非离子型表面活性剂与水性高分子形膜助剂，以及导热陶瓷纳米粉体分散液，在纯水体系中制备成黏度1000‑5000cps的浆料，然后将浆料流延在离型膜上，经烘道干燥后制得，石墨化制程处理包括升温、结晶处理、自然冷却三段处理。这种制备方法制程简单、产品导热系数高，同时对环境友好，全过程不产生毒害物质。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯膜导热材料的制备方法，属于导热散热材料技术领域。

背景技术

随着电子技术的高速发展，电子元器件的密集程度也越来越高，而且功率器件都有一定的稳定工作温度区间，然而器件的高度密集意味着会有大量的热量产生。因此，如何有效的实现器件散热，以保证器件的稳定运行，也愈发受到人们的关注。

传统的散热材料主要是金属材料，而石墨材料由于其高导热性、低密度正在被广泛应用到电子器件散热材料中去。其中导热石墨膜不仅具有比铝、铜等金属更高的导热系数，更低的密度，而且能够平滑贴附在任何平面和弯曲的表面，因此对于诸如手机、平板电脑、LED照明设备以及可穿戴设备等电子产品，导热石墨膜是比较受欢迎的散热贴膜。尤其是近年来OLED屏幕发展迅速，三星等大厂已经有大尺寸OLED屏幕即将投入量产，市场对大幅宽导热石墨膜的需求即将出现井喷。

目前商业化制备导热石墨膜的方法有三种，其一：高分子PI膜经过高温热解以及石墨化后形成定向石墨膜；其二：将石墨膨胀碾压后得到石墨膜；其三：将少量石墨微片添加到高分子在中混合成膜后经过石墨化处理得到石墨膜。方法1得到的石墨膜导热率达到1600 W/(m·K)，但是能用于石墨化的PI膜成本较高，工艺较为复杂。同时这种方法得到的石墨膜幅宽一般在200mm或以下，在大尺寸OLED屏幕散热方面的应用受限。方法2虽然成本较低，但是石墨膜导热率只有500-800 W/(m·K)，已经满足不了电子产品对散热日渐提高的需求。方法3是在方法1上进行改进，用其他高分子材料取代PI，然后通过添加石墨烯填充片，来到达提高导热率的目的。但是，主体原料还是高分子材料，其薄膜在碳化过程中依然会由于受热后的不均匀收缩产生褶皱，从而在后续的石墨化过程中造成缺陷，降低石墨化程度，而且，该方法选用的石墨化温度稍低，使得石墨化程度也有所下降，此外，高分子成膜时需要加入有机溶剂，不利于环境友好。另有方法提出了一种以无机材料为主、有机材料为辅的导热填隙材料，但是其选用的主体材料为陶瓷粉体，导热系数远不及天然石墨，更加不及石墨烯的导热系数，而且难以成膜，应用受限。因此，开发一种以石墨烯为主体，通过浆料涂布获得大幅宽膜材，进而高温制备石墨烯膜导热材料的方法将使现有问题得到改善。

发明内容

本发明旨在提供一种石墨烯膜导热材料的制备方法，主要用于替代PI原料的人造石墨散热片，改善现有制备方法中存在的一些问题。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案如下。

石墨烯-导热陶瓷-高分子复合膜的制备方法：使用水性石墨烯，与极少量非离子型表面活性剂、水性高分子形膜助剂，以及导热陶瓷纳米粉体分散液，在纯水体系中经过混合后制备成黏度为1000-5000 cps的浆料。将浆料流延在离型膜上，经烘道干燥后制得石墨烯-导热陶瓷-高分子复合膜。复合膜的幅宽只受限于涂布设备的涂布宽度。

进一步地，所述石墨烯-导热陶瓷-高分子复合膜在烘道干燥时的温度为50-90℃，时间为1-6 min。由于涂布形成的湿膜厚度多在0.1mm以上，为了避免温度过高导致湿膜中水分沸腾，烘道温度不宜超过90℃，干燥时间不宜少于1min，尽可能在较为温和的环境下除去湿膜中的水分。一般认为悬浮式烘道是最佳选择。