[发明专利]一种高性能石墨烯导热膜的制备方法

说明书

本发明提供一种双尺度范围氧化石墨烯浆料、氧化石墨烯复合膜和石墨烯导热膜。所述氧化石墨烯浆料包括氧化石墨烯、溶剂或助剂，所述氧化石墨烯包括大尺度氧化石墨烯和小尺度氧化石墨烯。采用本发明方法，能够有效解决仅使用小尺度氧化石墨烯作为原料时，所存在的干燥效率低，不易形成厚膜等问题。成本低，适于规模化生产，获得的石墨烯导热膜导热系数高，膜厚可控（例如在10‑400μm范围内可调）。在电子工业、航空航天和动力电池等领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及一种材料领域，具体涉及用氧化石墨烯制备石墨烯导热膜的工艺。

背景技术

随着电子信息技术的快速发展，信息产业已经从4G时代进入5G时代；智能手机、平板等电子产品的核心组件CPU、GPU；随着元器件集成规模的提升，越来越向微型化方向发展，其薄、小、轻；同时，CPU、GPU等运行频率越来越高。单位面积产生的热功率逐渐增大；但器件散热面积维持不变或减小，导致热量集聚而无法有效散出，芯片温度迅速升高；尤其是元器件在高负荷工作时，温度上升更加剧烈；严重影响元器件的性能、安全性和老化速度。目前，手机、平板等电子设备中主流的散热解决方案是使用石墨膜作为主要散热组件，该石墨膜主要用PI（聚酰亚胺）膜烧结制备而成；PI（聚酰亚胺）膜原料主要依赖美、日等国进口，原料成本较高；其烧结工艺中会出现大量焦油，对环境不友好。另外，受制备工艺限制，其制备出的石墨膜厚度较薄，无法满足5G电子产品日益增强的散热需求，用高分子粘结堆叠的多层石墨膜，受限于粘结剂本身的导热率低，影响了石墨膜高导热性能的发挥。

现有导热材料中，石墨烯具有高达5300W/m•K的理论导热系数，相比传统导热材料：石墨、铝、铜等有明显优势，是理想的导热材料。能够有效解决信息产业、航空航天、汽车行业、医疗等多个行业的散热需求。现有技术通常采用小尺度氧化石墨烯作为制备石墨烯导热膜的原料，其制备方法包括：将氧化石墨烯分散，然后通过涂布、干燥、高温处理获得石墨烯导热膜。然而，涂布后的小尺度氧化石墨烯膜干燥时间较长、耗能较大、内部易出现结构缺陷和表面外观差，影响产品良率；且受限于小尺度石墨烯的自身特性，难以形成大于100μm的石墨烯厚膜。背景技术的内容，仅是发明人所了解的技术，并不当然代表本领域现有技术水平。

发明内容

本发明提供一种氧化石墨烯混合浆料，以克服现有技术中小尺度氧化石墨烯浆料涂布后，小尺度氧化石墨烯膜干燥时间较长、耗能较大、内部易出现结构缺陷和表面外观差，影响产品良率；且受限于小尺度石墨烯的自身特性，难以形成大于100μm的石墨烯厚膜的不足。

为实现前述发明目的，本发明提供的技术方案包括：

本发明提供一种双尺度范围氧化石墨烯混合浆料，其包含氧化石墨烯、溶剂或助剂，所述氧化石墨烯包括大尺度氧化石墨烯和小尺度氧化石墨烯。

本发明的大尺度氧化石墨烯指的是通过改进化学氧化法所制备的氧化石墨烯，其氧化石墨烯片层颗粒粒径80%以上分布在大于10μm级别，小尺度氧化石墨烯指的是通过化学氧化法包括Bordie、Staudenmaier和Hummers法中任一种制备的氧化石墨烯，其氧化石墨烯片层颗粒粒径在微米和亚微米级别。

化学氧化法包括Bordie、Staudenmaier和Hummers法制备的氧化石墨烯，成本便宜，但在实际生产中用其所制得氧化石墨烯，片层颗粒粒径较小，在微米和亚微米级别，这种小尺度的氧化石墨烯颗粒，不利于氧化石墨烯的成膜、干燥过程，也不易形成厚膜。现有改进化学氧化法所制得氧化石墨烯，其片层颗粒粒径80%以上分布在大于10μm以上级别，这种大尺度的氧化石墨烯颗粒，取向能力强，有利于氧化石墨烯的成膜、干燥过程，易形成厚膜。但其制造工艺复杂，成本较贵，不利于直接作为单一原料，工业化大规模制造石墨烯导热膜。

本发明提供一种双尺度范围氧化石墨烯混合浆料，通过将大于10μm的大尺寸氧化石墨烯片层作为骨架，从而促进微米和亚微米的小尺寸氧化石墨烯片层的自组装成膜，有利于氧化石墨烯的成膜、干燥过程，减弱膜内部结构缺陷生成，同时也更易形成100μm以上厚膜。