一种氧化石墨制备天然石墨散热膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种大尺寸、高热导率的天然石墨散热膜的制备方法，以天然的鳞片石墨作为原料，通过改良的氧化石墨制备方法，得到极易清洗的高度氧化石墨，随后将氧化石墨分散在溶剂中制备成浆料，在基底上涂膜，得到的湿膜烘干后脱模收卷，进行碳化或氢碘酸还原处理，再进行石墨化处理、压延，得到高热导率的天然石墨膜。应用本方法可以非常简易地制得厚度3‑20μm，宽度50‑200 mm，长度大于2m的低成本天然石墨膜，其面内的热导率可以达到1460 W m

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨制备天然石墨散热膜的方法
本专利技术涉及一种天然石墨膜的制备方法，特别涉及一种由氧化石墨制备的低成本、高热导率的天然石墨散热膜制备方法。
技术介绍
为了追求更高性能、更方便的便携式电子设备，集成电路的功能不断发展，体积不断地缩小，在单位面积上产生的热量也逐渐增加，这使得散热材料的发展受到了广泛的关注。目前常用的导热硅脂、导热银胶等复合材料热导率普遍偏低，越来越难以满足便携式设备的散热需求；金属材料虽然具有不错的热导率，但是由于密度太大，限制了其在便携式设备中的使用；而使用水冷的散热方式则由于管路布局繁杂、占用体积大等问题而非常难在便携式设备中使用，因此这些传统的散热材料越来越难以满足集成电路的发展需求。近年来，高热导率的石墨膜以其较低的密度（~2gcm-3）、超高的热导率（>1000Wm-1K-1）以及良好的柔韧性而受到了广泛的追捧，在便携式设备的散热中具有非常好的应用前景。使用天然石墨作为原料膨胀后压延制备的天然石墨膜具有比较多的缺陷，热导率不会特别高（<500Wm-1K-1），为了改善这一情况，许多人采用石墨烯或氧化石墨烯来制备天然石墨散热膜。公开号为CN105523547A的专利公开了一种超大片均匀氧化石墨烯溶液成膜并热处理制备散热膜的方法；公开号为CN105399085A的专利公开了一种氧化石墨烯膜抽滤成膜再通过强碱溶液浸泡得到自支撑的膜的方法；公开号为CN106520079A的专利公开了采用石墨烯量子点和氧化石墨烯共混制备的石墨烯散热膜；公开号为CN106044753A的专利公开了使用氧化石墨烯溶液在电场作用下取向得到高度取向的GO膜。由于目前氧化石墨烯和石墨烯的售价比较高，使用氧化石墨烯和石墨烯制备散热膜的成本未必比高导热的人造石墨膜低，使得石墨烯的优势不突出；氧化石墨烯氧化完成后繁杂的洗涤过程也进一步抬高了产品的生产难度。
技术实现思路
为了解决上述问题，我们提供了一种通过氧化石墨来制备石墨散热膜的方法，这种氧化石墨是由改良的Hummers法制成，非常容易清洗，且由于该氧化石墨可以简单制备成分散液制膜，不用完全剥离制成氧化石墨烯，片层尺寸不易受到破坏，工艺过程得到了简化，具有比较明显的优势。本专利技术涉及一种高导热天然石墨散热膜的制备方法，以鳞片石墨作为原材料，经过改良的氧化方法制备得到极易洗涤的氧化石墨，将所得氧化石墨在溶剂中分散，于基底上涂膜，湿膜烘干后进行还原处理后再进行石墨化处理，并压延平整，得到高热导率的天然石墨散热膜，具体步骤如下：（１）选择鳞片石墨，将鳞片石墨与浓硫酸和高锰酸钾混合后，进行氧化反应，得到氧化石墨，氧化完成后，通过筛网过滤，将所得氧化石墨洗涤；其中：所述的氧化反应分为两步，第一步为预氧化的插层膨胀，鳞片石墨与浓硫酸的质量比为1:10-1:50，鳞片石墨与高锰酸钾的质量比为5:1-1:1，选择鳞片石墨、浓硫酸与高锰酸钾在冰水浴中共混，15-50oC下反应30min-2h，将反应完的插层石墨用筛网滤干；第二步为氧化处理过程，将插层石墨、浓硫酸与高锰酸钾按照一定的比例在冰水浴中共混，在15-50oC下反应2-20h；控制鳞片石墨与浓硫酸的质量比为1:50-1:200，鳞片石墨与高锰酸钾的质量比为1:2-1:5；（２）向步骤（１）所得洗涤的氧化石墨中加入溶剂，通过施加外力制备得到氧化石墨浆料，将其在合适的基底上涂膜并烘干，得到的干膜收卷后进行还原处理，然后进行石墨化处理，压延平整后，即可得到高导热的天然石墨散热膜。本专利技术中，步骤（１）中所述的鳞片石墨为30-500目。本专利技术中，步骤（１）中所述洗涤是将所得氧化石墨加入到水中搅拌洗涤，停止搅拌后，氧化石墨在水中放置数分钟即可完全沉降，根据鳞片石墨的目数选择合适目数的筛网，将洗涤的上清液过滤掉，重复加水洗涤，直到洗涤的上清液pH值到达6-7，则洗涤完毕。本专利技术中，步骤（２）中所述溶剂为水、乙醇或异丙醇中任一种。本专利技术中，步骤（２）中所述施加外力为通过震荡、超声或剪切等施加作用力的方式分散得到固含量在3%-8%的氧化石墨浆料。本专利技术中，步骤（２）中所得的浆料涂覆在玻璃板上或涂覆在PET离型膜上，离型膜的离型力为3-200gin-1，涂膜的湿膜厚度为0.05–5mm，25-90oC下烘0.5–48h得到干燥的氧化石墨膜。本专利技术中，步骤（２）中所述还原处理采用下述中任一种；第一种是氢碘酸还原的方法，将氧化石墨膜浸泡在氢碘酸中，90oC还原处理1-5h；或者：第二种方法为热还原，将氧化石墨膜于惰性气体保护气中高温处理还原，升温速度为2-10oCmin-1，还原温度为400-1000oC，处理时间为1-5h，得到的还原石墨膜再进行石墨化处理。本专利技术中，步骤（２）中石墨化处理时升温速度为5-20oCmin-1，石墨化的处理温度为2500-3000oC，石墨化处理的时间为1–12h。本专利技术中，步骤（２）中所述的压延方法为辊压，石墨化处理完的石墨膜放在两片离型力为3–200gin-1的PET离型膜之间，辊压的辊距为100-200μm，压强为1-11MPa，压延完后经过脱模处理即可得到高热导率的天然石墨散热膜。本专利技术的有益效果在于：采用一种易于固液分离的氧化石墨的制备方法，得到非常易于洗涤的氧化石墨，制备出成本低、性能优于石墨烯膜的天然石墨散热膜。所述的天然石墨膜厚度为3-20μm，宽度为50-200mm，长度大于2m，面内热导率可高达1460Wm-1K-1，电导率可以达到5700Scm-1。具体实施方式下面通过实例对本专利技术进行进一步说明。实施例1选取70目鳞片石墨，鳞片石墨与浓硫酸与高锰酸钾按质量比1:50:1的比例共混，在25oC下反应1h，得到的插层石墨按照鳞片石墨与浓硫酸与高锰酸钾的质量比为1:200:3的比例与浓硫酸、高锰酸钾共混，35oC反应5h，洗净后得到氧化石墨在水溶液中震荡制得浓度为3wt%的浆料，涂成厚度5mm的湿膜，25oC下烘48h得到干膜，干膜于高纯氮气保护下1000oC碳化处理1h，升温速度是2oCmin-1，之后在10oCmin-1的升温条件下升温至3000oC石墨化处理3h，所得的膜5MPa压延平整。得到的天然石墨散热膜厚度为20μm，采用激光导热法测得面内的热导率为1464Wm-1K-1，采用四探针法测得电导率为5724Scm-1。实施例2选取70目鳞片石墨，鳞片石墨与浓硫酸与高锰酸钾按质量比1:50:1的比例共混，在25oC下反应1h，得到的插层石墨按照鳞片石墨与浓硫酸与高锰酸钾的质量比为1:200:3的比例与浓硫酸、高锰酸钾共混，35oC反应5h，洗净后得到氧化石墨在水溶液中震荡制得浓度为3wt%的浆料，涂成厚度5mm的湿膜，25oC下烘48h得到干膜，干膜于90oC下泡在氢碘酸中处理1h，之后在10oCmin-1的升温条件下升温至3000oC石墨化处理3h，所得的膜5MPa压延平整。得到的天然石墨散热膜厚度为22μm，采用激光导热法测得面内的热导率为1120Wm-1K-1，采用四探针法测得电导率为4224Scm-1。实施例3选取150目鳞片石墨，鳞片石墨与浓硫酸与高锰酸钾按质量比1:50:1的比例共混，在25oC下反应1h，得到的插层石墨按照鳞片石墨与浓硫酸与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热天然石墨散热膜的制备方法，其特征在于：以鳞片石墨作为原材料，经过改良的氧化方法制备得到极易洗涤的氧化石墨，将所得氧化石墨在溶剂中分散，于基底上涂膜，湿膜烘干后进行还原处理后再进行石墨化处理，并压延平整，得到高热导率的天然石墨散热膜，具体步骤如下：（1）选择鳞片石墨，将鳞片石墨与浓硫酸和高锰酸钾混合后，进行氧化反应，得到氧化石墨，氧化完成后，通过筛网过滤，将所得氧化石墨洗涤；其中：所述的氧化反应分为两步，第一步为预氧化的插层膨胀，鳞片石墨与浓硫酸的质量比为1:10‑1:50，鳞片石墨与高锰酸钾的质量比为5:1‑1:1，选择鳞片石墨、浓硫酸与高锰酸钾在冰水浴中共混，15‑50

【技术特征摘要】
1.一种高导热天然石墨散热膜的制备方法，其特征在于：以鳞片石墨作为原材料，经过改良的氧化方法制备得到极易洗涤的氧化石墨，将所得氧化石墨在溶剂中分散，于基底上涂膜，湿膜烘干后进行还原处理后再进行石墨化处理，并压延平整，得到高热导率的天然石墨散热膜，具体步骤如下：（1）选择鳞片石墨，将鳞片石墨与浓硫酸和高锰酸钾混合后，进行氧化反应，得到氧化石墨，氧化完成后，通过筛网过滤，将所得氧化石墨洗涤；其中：所述的氧化反应分为两步，第一步为预氧化的插层膨胀，鳞片石墨与浓硫酸的质量比为1:10-1:50，鳞片石墨与高锰酸钾的质量比为5:1-1:1，选择鳞片石墨、浓硫酸与高锰酸钾在冰水浴中共混，15-50oC下反应30min-2h，将反应完的插层石墨用筛网滤干；第二步为氧化处理过程，将插层石墨、浓硫酸与高锰酸钾按照一定的比例在冰水浴中共混，在15-50oC下反应2-20h；控制鳞片石墨与浓硫酸的质量比为1:50-1:200，鳞片石墨与高锰酸钾的质量比为1:2-1:5；（２）向步骤（1）所得洗涤的氧化石墨中加入溶剂，通过施加外力制备得到氧化石墨浆料，将其在合适的基底上涂膜并烘干，得到的干膜收卷后进行还原处理，然后进行石墨化处理，压延平整后，即可得到高导热的天然石墨散热膜。2.根据权利要求1所述的高热导率天然石墨散热膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的鳞片石墨为30-500目。3.根据权利要求1所述的高热导率天然石墨散热膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述洗涤是将所得氧化石墨加入到水中搅拌洗涤，停止搅拌后，氧化石墨在水中放置数分钟即可完全沉降，根据鳞片石墨的目数选择合适目数的筛网，将洗涤的上清液过滤掉，重复加水洗涤，直到洗涤的上清液...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢红斌，李梦雄，王珂，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31