[发明专利]薄层石墨烯/金属复合导热膜材料及其制备方法及金属盐插层石墨烯的制备方法及电子器件

说明书

本申请涉及石墨烯材料领域，具体而言，涉及一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料及其制备方法及金属盐插层石墨烯的制备方法及电子器件。该方法包括将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中，控制气压为0.05～0.2个大气压，加热反应。然后形成浆料。将浆料制成导热膜后对导热膜石墨化处理。插层过程中采用低气压处理，使得仅仅在石墨烯边缘存在插层，石墨烯内部无插层。获得的石墨烯导热膜，在石墨烯片层垂直方向方向存在金属插层，经过高温合金化、石墨化处理后金属盐离子被石墨还原形成金属‑碳合金，将石墨烯片层搭接起来。金属‑碳合金的存在能够改善石墨烯导热膜的垂直方向热导率。

技术领域

本申请涉及石墨烯材料领域，具体而言，涉及一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料及其制备方法及金属盐插层石墨烯的制备方法及电子器件。

背景技术

随着电子器件产品的高度集成、产品越来越轻薄、产品运行速度越来越快，设备发热现象越来越严重，散热问题成为目前电子器件产品中一个亟待解决的问题。一直以来，铜、铝等传统散热材料被人们广泛接受，并应用在LED、电器开关柜、手机等多个领域，但是，金属材料密度相对较大，热导率仅为200-400w/mk，越来越难以满足轻薄的应用要求。目前，随着5G通讯设备研发的日益成熟和推广工作，对散热材料提出了更高的要求。作为近来纳米科学领域的研究热点，石墨烯是单层碳原子以sp2杂化连接构成的具有六角形蜂巢状晶格结构的新型碳材料，具有许多优异的物理化学性能，尤其是导热性能：常温下单层石墨烯热导率高达5000w/(m*k)，其组成的宏观二维石墨烯薄膜，热导率也可达500-2000w/(m*k)，远高于铜、银、铝等常规的导热材料，并且石墨烯稳定性好，机械强大高，密度低，同时厚度可控，是目前最为理想的电子产品散热材料。

目前市场上已有的碳系高导热材料主要有两种：一种是聚酰亚胺(PI)膜石墨化之后所形成的高导热碳纸，这种导热材料热导率可达900-1800w/mk，但是其原材料价格高昂、采购量受限，并且PI石墨膜厚度一般较薄，虽然材料热导率较高，但是整体散热效果需要提高；另一种主要是以氧化石墨烯为主，氧化石墨烯具有非常好的分散性，将其分散在溶液中，可以形成定向良好的石墨烯膜，石墨烯厚度可控，通过高温(3000℃以上)高压石墨化过程，可以修复氧化石墨烯的缺陷，实现高导热的石墨烯膜，热导率可以达到800-1500w/mk。但是氧化石墨烯制备过程中，需要消耗大量的酸和强氧化剂，对环境影响非常大，环保性低，成本也相对较高，后期为了修复石墨烯片层内的缺陷问题，需要非常高的温度，氧化石墨烯制备的导热膜成本相对较高。这两种方法所形成的高导热膜都存在水平热导率高，垂直方向热导率不高于20W/mK的缺点，在热量传导过程中，水平方向能够很快将热量传输出去，但是垂直方向会阻碍热量的传输，使得热量传输存在一定阻碍。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料及其制备方法及金属盐插层石墨烯的制备方法及电子器件，其旨在改善现有的石墨烯导热膜垂直方向导热率低的问题。

第一方面，本申请提供一种技术方案：

一种薄层石墨烯/金属复合导热膜材料的制备方法，包括：

将片层石墨烯和重金属盐置于密封环境中，控制气压为0.05～0.2个大气压，加热反应至至少部分重金属盐插入到片层石墨烯的层间边缘，形成金属盐插层石墨烯；

将金属盐插层石墨烯与分散剂混合成溶液后砂磨，形成浆料；

将浆料制成导热膜；

对导热膜进行高温合金化、石墨化处理，使得片层石墨烯的层间边缘形成金属碳合金。