一种高导热率的石墨烯复合膜的制备方法技术

石墨烯由于其优异的物理化学特性，在各个领域具有广泛的应用前景，在导热领域，由于其具有高达3500 W/mK的导热系数，对其用于导热领域也有广泛的应用，本技术方案首次在制备高导热石墨膜的过程中引入了等离子烧蚀机对制备的聚酰亚胺复合膜进行烧蚀处理，极大的缩短了碳化石墨化时间，使得原来工艺中的碳化石墨烯简化为一步，提高高温烧蚀一步实现了聚酰亚胺薄膜的碳化石墨化处理和氧化石墨烯的还原，使得最终的产品表现出了非常优异的导热性能。

Preparation method of graphene composite membrane with high thermal conductivity

Graphene has a wide range of applications in various fields because of its excellent physical and chemical properties. In the field of thermal conductivity, graphene has a high thermal conductivity of 3500 W/mK and is widely used in the field of thermal conductivity. The preparation of polyimide composite film for ablation treatment greatly shortens the graphitization time of carbonization, simplifies the original process of graphene carbide into one step, improves the high temperature ablation one step to achieve the graphitization of polyimide film carbonization and graphene oxide reduction, making the final product shows very good performance. Different thermal conductivity.

【技术实现步骤摘要】
一种高导热率的石墨烯复合膜的制备方法
本专利技术属于高导热复合材料制备领域，具体涉及一种石墨烯复合高分子聚合物的高导热薄膜材料制备

技术介绍
随着电子产业的不断发展，电子产品的集成度越来越高，与此同时，芯片产生的热量也急剧增大，而由于产品的小型化发展，使得产品的单位热密度不可避免的激增，而传统的使用铜管、铝片等物理散热方式对此越来越难以满足实际需求，如目前商用的铜管或铝片其导热系数仅分别为380W/mK和200W/mK，而其密度却分别是8.96g/cm3和2.7g/cm3，这不但不能解决电子器件的快速散热问题，还限制了电子器件的轻质化发展，由此，发展一种低密度、高导热率的材料替代传统的铜管和铝片对于目前整个电子产业的可持续发展具有重要的意义。石墨膜由于具有很好的导热率和较低的密度，吸引了大批研究者的目光，并且由于石墨的层状结构，使得其在导热时具有明显的各向异性，这极大的区别于目前的传统材料，如其在水平方向的导热系数高达1500-3000W/mK，垂直方向的导热系数仅为其水平向的百分之一，且其密度更可以低至1-2g/cm3，这些优异的性能使得石墨膜具有巨大的应用潜力。对此，中国专利CN105235307A公开了一种导热膜石墨复合材料，并公开了一种用于各种电子设备散热场合的导热膜石墨复合材料；其结构由上而下包括PET背胶膜、金属箔层、导热硅脂、石墨膜、丙烯酸类胶和离型膜，金属箔层和石墨膜上分别开设孔径和贯孔并相互对应，金属箔层与PET背胶膜相贴合并设置有金属箔层凸起，制备时先将PI薄膜经碳化和石墨化制成石墨膜后进行穿孔，形成石墨膜贯孔，再将金属箔层穿孔形成金属箔层贯孔，然后将金属箔层一侧涂覆导热硅脂后与涂抹丙烯酸类胶的石墨膜复合，再与离型膜贴合，最后将金属箔层另一侧与PET背胶膜贴合，通过胶辊压制做成复合材料。中国专利CN103011141A公开了一种高导热石墨膜的制造方法，它采用聚酰亚胺薄膜作为原材料，经过碳化与石墨化二个过程，其工艺过程如下：a.选择聚酰亚胺薄膜作为原材料，在每一层聚酰亚胺薄膜之间夹入石墨纸；b.将间隔有石墨纸交叉层叠后的聚酰亚胺薄膜放入炭化炉中在氮气或氩气环境中碳化，碳化温度1000℃-1400℃，时间控制在1小时-6小时；c.碳化后进行石墨化，石墨化也是在氮气或氩气环境中进行，温度控制在2500℃到3000℃左右，控制在12小时以内。上述的导热膜都是虽然都是石墨膜，具有很高的导热系数，但是由于其使用了聚酰亚胺为薄膜基体材料，这使得将聚酰亚胺转变为石墨膜的过程较为复杂，需要先碳化后再石墨化，这不断耗时耗能，且制备出的产品可控性更差，不利于规模化生产。
技术实现思路
基于上述问题，申请人经过长时间在功能纳米材料领域的深入研究，现提出如下技术方案用以解决该技术问题，提出一种工艺简单，可重复性高，且制得的导热膜相比现有的导热膜具有更高的导热系数的薄膜的制备技术方案。近年来，石墨烯由于其优异的物理化学特性，在各个领域具有广泛的应用前景，在导热领域，由于其具有高达3500W/mK的导热系数，对其用于导热领域也有广泛的研究，申请人依据自身在石墨烯领域的相关研究，将其引入到高分子聚合物中，通过一种简单的方法迅速制备出高导热率的石墨烯复合薄膜。为了使本领域技术人员能够更进一步的明白申请人的技术方案，申请人对该技术方案进行详细描述如下：一种高导热率的石墨烯复合膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1，在有机溶剂中加入胺类物质和酐类物质若干，搅拌均匀，至完全溶解，得到溶液A；步骤2，取若干单层氧化石墨烯，分散中溶液中，在30-60℃的超声条件下超声5-10min，得到橙黄色的氧化石墨烯胶体分散液B；步骤3，在50-80℃的水浴锅中不断搅拌，将步骤1中的溶液A和步骤2中的分散液B混合均匀，形成稳定的嵌段体系C；步骤4，将经过前处理的聚四氟乙烯的模具放置在烘箱中，向所述的聚四氟乙烯模具中加入步骤3中的嵌段体系C若干，在50-300℃下进行固化干燥；得到干燥产物D；步骤5，将步骤4中干燥产物D用等离子烧蚀机进行烧蚀，经过30-70S后，即可得到一种高导热率的石墨烯复合膜。进一步的，步骤1中所述的有机溶剂包括丙酮、氮氮二甲基甲酰胺、二甲亚砜中的一种或几种。进一步的，步骤1中所述的胺类物质包括对苯二胺、间苯二胺、二氯对二氨基联苯中的一种或几种。进一步的，步骤1中所述的酐类物质包括均苯四甲酸二酐，二苯醚四羧酸二酐，联苯四羧酸二酐中的一种或几种。进一步的，步骤1中所述的胺类物质和酐类物质的摩尔比为1:1-2。进一步的，步骤2中所述的单层氧化石墨烯，采购自先锋纳米材料，其片径为0.5-5微米，厚度为0.8-1.2nm。进一步的，步骤2中所述的单层氧化石墨烯，其浓度为0.05-0.1mg/ml。进一步的，步骤4中所述的聚四氟乙烯模具可以为任意形状，所述的烘箱温度为80-100摄氏度，烘干时间为0.5-1h。进一步的，步骤4中所述的前处理是指使用脱模剂喷涂聚四氟乙烯模具。进一步的，步骤4中可以依据所需导热膜的厚度确定聚四氟乙烯中液体的体积。进一步的，步骤5中所述的等离子烧蚀机是在2100-3000℃下进行烧蚀，烧蚀过程中以1-5mm/s的速度水平或垂直移动待烧蚀物。进一步的，步骤5中还包括将烧蚀后的薄膜自然冷却至室温，然后使用热压制机进行轧制，以提高产品的柔韧性。本专利技术中所谓的等离子烧蚀机是指能够产生等离子火焰的机器。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益技术效果：1、本专利技术首次在制备高导热石墨膜的过程中引入了等离子烧蚀机对制备的聚酰亚胺复合膜进行烧蚀处理，极大的缩短了碳化石墨化时间。2、由于等离子烧蚀机的使用，使得原来工艺中的碳化石墨烯简化为一步，不但简化了制备工艺，还节省了能源消耗，提高了产品的生产效率。3、在制备的聚酰亚胺薄膜中引入了石墨烯，由于是质量非常高的单层氧化石墨烯，在具有较好分散性的情况下，提高高温烧蚀一步实现了聚酰亚胺薄膜的碳化石墨化处理和氧化石墨烯的还原，使得最终的产品表现出了非常优异的导热性能。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术作进一步详细的说明，所述是对本专利技术的解释并不是限定，任何在不违背本专利技术构思的情况下，所做的简单变形均属于本专利技术要求保护的范围。实施例1在N，N-二甲基甲酰胺中加入间苯二胺和均苯四甲酸二酐若干，搅拌均匀，至完全溶解，得到溶液A；取1g单层氧化石墨烯，分散在10ml的溶液中，在40℃的超声条件下超声10min，得到橙黄色的氧化石墨烯胶体分散液B；在50℃的水浴锅中不断搅拌，将步骤1中的溶液A和步骤2中的分散液B混合均匀，形成稳定的嵌段体系C；将经过脱模剂喷涂处理过的的聚四氟乙烯的模具放置在烘箱中，向所述的聚四氟乙烯模具中加入步骤3中的嵌段体系C若干，在100℃下进行固化干燥0.5h；得到干燥产物D；将步骤4中干燥产物D用等离子烧蚀机进行烧蚀，在2500℃下经过70S烧蚀后，即可得到一种高导热率的石墨烯复合膜，待该导热膜自然冷却至室温后，使用热压制机进行轧制处理，得到最终产品。经过万能拉伸仪测试，在弯曲半径为2mm时，经过2万次不间断连续测试，本专利技术制备的导热膜不发生断裂，具有非常好的柔韧性，对其进行导热率的测试，发现其水平方向的导热率高达2300W/mK。实施例2在N，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导热率的石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在有机溶剂中加入胺类物质和酐类物质若干，搅拌均匀，至完全溶解，得到溶液A；步骤2，取若干单层氧化石墨烯，分散中溶液中，在30‑60℃的超声条件下超声5‑10min，得到橙黄色的氧化石墨烯胶体分散液B；步骤3，在50‑80℃的水浴锅中不断搅拌，将步骤1中的溶液A和步骤2中的分散液B混合均匀，形成稳定的嵌段体系C；步骤4，将经过前处理的聚四氟乙烯的模具放置在烘箱中，向所述的聚四氟乙烯模具中加入步骤3中的嵌段体系C若干，在50‑300℃下进行固化干燥；得到干燥产物D；步骤5，将步骤4中干燥产物D用等离子烧蚀机进行烧蚀，经过30‑70S后，即可得到一种高导热率的石墨烯复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种高导热率的石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在有机溶剂中加入胺类物质和酐类物质若干，搅拌均匀，至完全溶解，得到溶液A；步骤2，取若干单层氧化石墨烯，分散中溶液中，在30-60℃的超声条件下超声5-10min，得到橙黄色的氧化石墨烯胶体分散液B；步骤3，在50-80℃的水浴锅中不断搅拌，将步骤1中的溶液A和步骤2中的分散液B混合均匀，形成稳定的嵌段体系C；步骤4，将经过前处理的聚四氟乙烯的模具放置在烘箱中，向所述的聚四氟乙烯模具中加入步骤3中的嵌段体系C若干，在50-300℃下进行固化干燥；得到干燥产物D；步骤5，将步骤4中干燥产物D用等离子烧蚀机进行烧蚀，经过30-70S后，即可得到一种高导热率的石墨烯复合膜。2.根据权利要求1所述的一种高导热率的石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于：还包括将烧蚀后的薄膜自然冷却至室温，然后使用热压制机进行轧制。3.据权利要求1所述的一种高导热率的石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的有机溶剂包括丙酮、氮氮二甲基甲酰胺、二甲亚砜中的一种或几种。4.据权利要求1所述的一种高导热率的石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的胺类物质包括对苯二胺、间苯二胺、二氯对二氨基联苯中的一种或几种...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩金玲，吕振瑞，
申请(专利权)人：韩金玲，
类型：发明
国别省市：安徽,34