[实用新型]一种石墨烯膜填充高导热模块

说明书

本实用新型涉及热管理与新材料技术领域，提出一种石墨烯膜填充高导热模块，包括：金属外壳(1)和石墨烯膜填充高导热微元(2)，石墨烯膜填充高导热微元(2)包括贴合在一起的石墨烯膜导热层(2‑1)和金属支撑层(2‑2)。本实用新型采用了柔性石墨烯导热膜与金属热压制成的层叠复合结构材料，为柔性石墨烯导热膜提供了强度支撑。

技术领域

本实用新型涉及热管理与新材料技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯膜填充高导热模块。

背景技术

近年来，高速铁路、新能源汽车、航空航天、移动通信、军事国防等领域发展迅速，这些领域的核心设备均有功率大、密度高、集成化高等特点，对散热基板的散热性能要求极高。散热材料的研发对改造传统产业，促进科技进步，提高装备现代化水平具有重要的现实意义。在选择高导热散热材料的时候，要求材料导热系数高、热阻低、质轻且具有柔性、工作温度范围宽；散热性能不好会直接影响设备的性能和寿命。

石墨烯是已知自然界热导率最高的物质，单层石墨烯在室温下的热导率理论可达5300W/mK，远远高于金刚石、碳纳米管等材料；同时具有较低的热膨胀系数(2.3×10^-6/K)。与金刚石这些无序结构的纳米碳材料不同，在石墨烯中，其热量传递主要通过sp²杂化结构完成，晶格振动起到了主要的作用，因此面内热导率极高。结合其优异的电学性质，石墨烯在热管理领域有着良好的发展前景。如利用石墨烯増强高导热金属(如铝和铜等)的导热性能，可在降低金属基体热膨胀系数的同时显著提升材料的热导率，最终制备出具有优异综合性能的石墨烯增强金属基复合材料。一种金属石墨烯复合散热设备(CN202443965 U)，基于CVD法，在金属表面生成石墨烯膜的微型翅片散热结构，具有降温效果明显、质量轻的优点。导热散热界面材料(CN 102651961 A、CN 202941077 U、CN 104085143 A)，采用金属片-石墨烯-PET膜制成多层结构，能有效的提高散热性能，具有体积小、重量轻、厚度薄的优点。

但是由于石墨烯的sp²杂化结构，石墨烯依靠声子(晶格振动简正模能量量子)进行热传输，以弹道-扩散方式传递热量。因此，石墨烯的高热导率主要体现在横向面内，其纵向散热性能相对差很多，室温下的热导率不到10W/m·K。如BOYD公司的热界面材料，主要组成部分APG，其平面各向同性室温的热导率为1700W/m·K，是金属铜的4～5倍，而纵向热导率却不足铜的1/20。这成为石墨烯应用于导热散热领域的瓶颈，限制了石墨烯在散热领域大规模工业化的应用。

此外，石墨烯材料还有一个明显的缺点是安装强度差。当直接用于散热基板时，螺丝、焊接等安装固定过程容易造成材料的破损、褶皱，无法轻便的安装与拆卸，实现模块化拼装，严重影响散热基板的性能和石墨烯在散热领域的应用。

实用新型内容

针对石墨烯材料的纵向导热性能差、安装强度低的问题，本实用新型提出一种石墨烯膜填充高导热模块，包括：金属外壳和石墨烯膜填充高导热微元，石墨烯膜填充高导热微元包括贴合在一起的石墨烯膜导热层和金属支撑层。

可选地，石墨烯膜导热层和金属支撑层通过热压缩法、静态高压压延法或高导热剂粘结法贴合在一起。

可选地，金属支撑层由铝、铜和银中的一种或几种金属的合金制成。

可选地，石墨烯膜导热层和金属支撑层贴合在一起后被卷起成卷饼状。

可选地，石墨烯膜填充高导热模块包括呈阵列状的多个石墨烯膜填充高导热微元，金属外壳中包裹所述多个石墨烯膜填充高导热微元。

可选地，所述石墨烯膜导热层为石墨烯薄膜或氧化石墨烯薄膜，由CVD、外延生长、真空过滤、热机械蒸发、氧化涂覆、退火热解或干湿化学法制备而成。

可选地，金属外壳包裹石墨烯膜填充高导热微元后经过抽真空和再加热处理，使得金属外壳和石墨烯膜填充高导热微元贴合。

可选地，金属外壳由高导热金属或合金制成。