[发明专利]一种石墨烯厚膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯厚膜及其制备方法。该石墨烯厚膜主要由石墨烯纳米片和高分子树脂碳化物组成，其体积密度为1.7g/cm³～2.5g/cm³，厚度为50μm～200μm，具有高的热扩散系数。该石墨烯厚膜的制备过程主要包括氧化石墨烯膜的制备以及石墨烯厚膜的制备。本发明特别地通过调控氧化石墨烯膜的组份，获得了主要由石墨烯纳米片和高分子树脂碳化物组成的功能性石墨烯厚膜，解决了现有导热膜产品厚度小、热扩散系数小，不满足高功率电子产品散热性能需求的问题。

技术领域

本发明涉及材料科学领域；主要涉及一种石墨烯厚膜及其制备方法。

背景技术

5G时代到来，电子产品集成的功能大量增加，但电子产品本身的体积却更小，核心零部件散热需求将显著提升，因此电子产品对热管理技术将提出更高的要求，如热扩散系数更高、长时间工作的热扩散稳定性更优，可加工为3D立体结构产品，可与其它材料结合形成兼具导热、储热和电磁屏蔽的多功能复合材料等。

石墨烯原子层内强的π-π堆积及范德华力作用，使其具有小的声子散射和大的热扩散系数。由石墨烯制备的膜材料是高导热膜材料的最佳选择。目前，对氧化石墨烯膜进行化学或热还原是制备石墨烯膜最主要的一种方法，其中氧化石墨烯膜的品质对石墨烯膜的性能至关重要。受限于氧化石墨烯膜的尺寸、密度、组份以及还原设备等，石墨烯膜产品的规格、体积密度、厚度、热扩散系数等性能仍存在不足，未能实现规模化生产和应用。本专利提供一种石墨烯厚膜及其制备方法，特别地通过优化氧化石墨烯膜的组份，结合机械冷压和浸渍工艺技术获得了由石墨烯纳米片、高分子树脂碳化物组成的石墨烯厚膜，具有大的热扩散系数。

发明内容

本发明目的是：解决现有导热膜产品体积密度低、厚度小、热扩散系数小的问题，提供一种石墨烯厚膜的制备方法。本发明特别地通过优选氧化石墨烯膜的组份，结合机械冷压和浸渍工艺技术获得由特殊组份构成的氧化石墨烯膜，并最终获得由石墨烯纳米片、高分子树脂碳化物组成的石墨烯厚膜，该石墨烯厚膜具有大的热扩散系数，且厚度可定制。

本发明的技术方案是：

提供一种石墨烯厚膜，主要由石墨烯纳米片、高分子树脂碳化物组成，该石墨烯厚膜的体积密度为1.7g/cm³～2.5g/cm³，厚度为50μm～200μm，热扩散系数700mm²/s～1000mm²/s。

提供一种石墨烯厚膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将氧化石墨烯纳米片与还原氧化石墨烯纳米片的纳米片组合物、多羟基化合物以及去离子水，经搅拌、超声和抽真空处理，获得氧化石墨烯分散液；该分散液置于聚丙烯或铝箔材质的模具中，进行冷冻干燥或超临界干燥形成固态，再进行机械冷压，以及100℃～200℃的真空热处理，获得还原氧化石墨烯膜。

所述氧化石墨烯纳米片的厚度为10nm～20nm，所述还原氧化石墨烯纳米片由所述氧化石墨烯纳米片在惰性气氛或真空条件下，经过900℃～1200℃处理30min～90min获得。其中，多羟基化合物上的羟基等反应性官能团可以使纳米片之间形成化学键，完善声子传输通道，提高材料的热扩散系数；此外，氧化石墨烯分散液经干燥获得的块体材料则具有蜂窝状的微观结构，蜂窝壁将上下层进行连接，不仅有助于改善还原氧化石墨烯膜层间结合力，还能形成新的热扩散通道，增加材料的热扩散系数，改善导热性能。需要特别指出的是模具需选用聚丙烯或铝箔材质，这是因为聚丙烯或铝箔具有可塑性，可以降低和耗散冷冻工艺中氧化石墨烯分散液由液体变为固体时体积膨胀导致的内应力，从而有效遏制和改善材料开裂，提高产品良率。