[发明专利]一种苝酰亚胺衍生物功能化石墨烯/碳纳米管复合导热薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种苝酰亚胺衍生物功能化石墨烯/碳纳米管复合导热薄膜及其制备方法。该薄膜是由高度取向的层状石墨烯与苝酰亚胺衍生物通过π‑π堆叠作用，以及一维的多壁碳纳米管搭桥形成纵向的搭桥增强网络。其制备方法为：(1)将质量比为(90～75)：(10～25):(0.1～0.3)的石墨烯/碳纳米管/苝酰亚胺衍生物在去离子水中混合，搅拌，超声波分散均匀，抽滤成膜；(2)将步骤(1)得到的薄膜在机械压力8～15MPa，压制时间为5～10min下压制，即可得到该复合导热薄膜。本发明的复合导热薄膜不仅纵向导热系数得到了大大的提高，而且力学性能也得到极大的改善，克服了现有石墨烯薄膜纵向导热系数低，力学性能差的特点，同时制备工艺简单，易于规模化生产，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种薄膜材料制备领域，尤其是涉及一种苝酰亚胺衍生物功能化石墨烯/碳纳米管复合导热薄膜及其制备方法。

背景技术

随着集成技术和微电子封装技术的发展，电子元器件的总功率密度不断增长，而电子元器件和电子设备的物理尺寸却逐渐趋向于小型、微型化，所产生的热量迅速积累，导致集成器件周围的热流密度也在增加，所以，高温环境必将会影响到电子元器件和设备的性能，这就需要更加高效的热控制方案。因此，电子元器件的散热问题已演变成为当前电子元器件和电子设备制造的一大焦点。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。凭借其独特的结构，使得其载流子迁移率为2×10⁵cm²/V·s，热导率为5300W/m·K及优异的力学性能，因而由石墨烯制备的导热散热膜新材料在热管理中的应用受到广泛关注。目前报道的纯石墨烯膜具有较高的横向导热系数，一般为200～2000W/m·K,但其纵向导热系数非常低，约为0.1～1.28W/m·K,而且力学性能较差，制备工艺复杂，导致其应用受到了限制。

苝酰亚胺衍生物是一类特殊的稠环芳烃类化合物，具备良好的化学惰性、抗腐蚀性能和光稳定性，且荧光量子产率高，被广泛用于荧光探针、有机半导体、有机电致发光、分子自组装等领域。苝酰亚胺衍生物具有大的苯环共轭平面结构，能与其它一些同样具有共轭结构的分子通过非共价作用力发生π-π堆叠作用。

碳纳米管具有独特的准一维管状分子结构，具有优异的导热、力学和导电性能，被广泛应用于电子器件和纳米复合材料。目前已有专利报道通过添加碳纤维及碳纳米管在石墨烯片层间搭接处形成导热通路，使得导热膜的传热性能和拉伸强度均能提高。如中国发明专利“仿生叠层结构的石墨烯-碳量子点复合导热薄膜及其制备”(CN108128768A)。但目前报道的石墨烯导热膜仍存在制备工艺复杂、纵向导热系数低和拉伸强度低的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种苝酰亚胺衍生物功能化石墨烯/碳纳米管复合导热薄膜及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的之一在于提出一种苝酰亚胺衍生物功能化石墨烯/碳纳米管复合导热薄膜，其不仅利用苝酰亚胺衍生物与石墨烯进行π-π堆叠作用，提高石墨烯在复合薄膜材料中的分散性、力学性能及导热性能，而且通过添加功能化的碳纳米管对复合膜进一步连接搭桥，形成了纵向的搭桥增强网络。本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的之二在于提出一种苝酰亚胺衍生物功能化石墨烯/碳纳米管复合导热薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将质量比为(90～75)：(10～25):(0.1～0.3)的石墨烯/碳纳米管/苝酰亚胺衍生物在去离子水中混合，搅拌，超声波分散均匀，抽滤成膜；

(2)将步骤(1)得到的薄膜在机械压力为8～15MPa，压制时间为5～10min下压制，即可得到苝酰亚胺衍生物功能化石墨烯/碳纳米管导热薄膜。