[发明专利]一种强化纵向热通量传输的石墨烯导热片制备方法

说明书

本发明公开了一种强化纵向热通量传输的石墨烯导热片制备方法，包括：(1)环形氧化石墨烯膜的制备；(2)扁平氧化石墨烯片的重组处理；(3)石墨烯泡棉的制备；(4)强化纵向热通量传输的石墨烯导热片的制备。本发明以电解池原理将氧化石墨烯浆料电解液引导至电极表面定向有序排布，电解还原形成致密层，初步实现氧化石墨烯重组，借助氧化石墨烯粉体片层官能团亲水性自主装进行宏观修复，制备环形扁平带状结构，以面内热扩散传导补偿强化垂直导热性能，实现强化大通量散热的需求，比无环形扁平结构的石墨烯片温降提升20‑30％。

技术领域

本发明涉及电子设备散热领域，具体涉及一种强化纵向热通量传输的石墨烯导热片制备方法。

背景技术

5G时代电子通信领域优先进入高速发展阶段，市场总容量达数万亿，其中关键材料作为产业链核心一环，数千亿行业空间，将强势扩容，5G相对于4G在运行能效、体验速率、流量密度等多个方面质的提升。高导热材料作为5G的“刚需”，市场份额将占据关键材料50％以上。除了高导热以外，下一代电子器件所需要的热管理材料还必须需要具备高折叠性能，但现有宏观材料的高导热和高柔性是一对鱼和熊掌难以兼得的矛盾，石墨烯膜的出现为解决这一矛盾提供了理论上的可能。石墨烯膜是一种由碳原子以sp²杂化方式形成的蜂窝状平面单层二维大分子，原子质量轻、简单而又强力的键接结构赋予了它超高的导热性且具有较好的柔性。

石墨烯导热膜可由单层石墨烯通过特定工艺由分子水平组装而成，同时继承了石墨烯的高导热(理论值5300W/m K)和超柔性特质，是突破传统碳质导热材料的不二之选。对于石墨烯膜，其石墨烯单元的面内尺寸可达100-200μm，远大于传统聚酰亚胺石墨化膜中的面内晶体尺寸，这就意味着石墨烯膜的导热性未来将远超碳化膜，无论从理论上还是具体的导热应用指标，石墨烯膜的研制都具有重大的颠覆意义。

当前石墨烯导热膜工艺注重提升导热膜面内的散热性能，导热膜主要起到外层热量与空气对流散热的效果，研究重心也在解决提升片层的有序堆叠方面，工艺成熟度逐步达到一个瓶颈，即片层纵向传导方面，面内晶化修复越彻底，纵向传导性能越不容易提升，通常面内导热率大于1200W/mK的石墨烯膜纵向导热率小于5W/mK，而石墨烯导热膜在大通量散热方面看中的是面内散热及纵向传导的综合能力，纵向传导的短板对于大通量散热需求仍有很大的制约性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种强化纵向热通量传输的石墨烯导热片制备方法，以电解池原理将氧化石墨烯浆料电解液通过电荷引导至电极表面定向有序排布，电解还原形成致密层，初步实现氧化石墨烯重组，氧化石墨烯粉体片层借助官能团亲水性自主装进行宏观修复，制备环形扁平带状结构的石墨烯导热片，以面内热扩散传导补偿强化垂直导热性能，实现强化大通量散热的需求，比无环形扁平结构的石墨烯片温降提升20-30％。

本发明的技术方案是：一种强化纵向热通量传输的石墨烯导热片制备方法，其特征是：

(1)环形氧化石墨烯膜的制备

制备浓度3-4wt％的氧化石墨烯分散液，将分散液导入环形中空的不锈钢模具中，两环边缘接通正负极直流电源，使两环装模具带电，氧化石墨烯片层官能团自由基在电荷引导下重新排列，在电极表面均匀排布(如图4)，然后通电状态下采用液氮冷冻至完全冻实，锁定氧化石墨烯的排布状态；再将模具冷冻干燥，得到氧化石墨烯粉体泡棉，然后将其维持环形从模具内表面剥离，得到环形连续的氧化石墨烯膜；

(2)扁平氧化石墨烯片的重组处理

将步骤(1)中的环形氧化石墨烯膜，内边面喷涂氧化石墨烯量子点，使表面浸润，将环形膜沿中间轴，对贴，平压后放恒湿箱12-24h，再用平压机压实成型，得到扁平氧化石墨烯片(保持扁平环形结构不断，片边缘位置保持连续)；

(3)石墨烯导热泡棉的制备

将步骤(2)中的扁平氧化石墨烯片在氩气保护下先真空干燥，然后石墨化处理，降温得到石墨烯导热泡棉；