一种石墨烯复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯复合膜及其制备方法，所述石墨烯复合膜包括PI微粒和石墨烯材料；所述PI微粒和所述石墨烯材料的片层边缘通过化学键连接形成连通的导热通路。本发明专利技术实施例将已拉伸好的PI膜在高温条件下碳化处理后进行粉碎、混合和砂磨处理得PI微粒分散液；将PI微粒分散液和石墨烯材料分散液混合均匀得石墨烯复合浆料；而后将石墨烯复合浆料进行成膜处理和石墨化处理得石墨烯复合膜；最后将石墨烯复合膜进行挤压处理得致密的石墨烯复合膜；这样不仅提高了石墨烯复合膜的结晶度，而且能够将PI微粒和石墨烯材料的片层边缘通过化学键连接形成连通的导热通路，进而提高了石墨烯复合浆料的导热性。

A graphene composite film and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合膜及其制备方法
本专利技术涉及材料制备
，尤其涉及一种石墨烯复合膜及其制备方法。
技术介绍
随着新兴的5G通信、物联网、新能源汽车电子、可穿戴设备、智慧城市等新兴领域的兴起，相关电子器件朝着小型化、高功率密度、多功能化的方向发展，使得相关电子器件的过热风险持续提升。由于高效散热决定了现代电子器件的可靠性，因此电子器件的散热成为目前的研究热点。碳材料具有较低的密度、低热膨胀系数、优异的机械性能和较高的热导率，是近年来最具发展前景的一类导热材料，具有广阔的应用前景。目前移动电话、平板电脑、大功率LED、无线交换机、手持设备、通讯设备、摄像机/数码相机等电子设备采用的散热膜主要有天然石墨膜和人工石墨膜。天然石墨膜是在高温高压下，通过化学方法得到的石墨化薄膜，导热系数为800-1200w/m-k，厚度最薄是0.1mm，天然石墨膜制备工艺复杂，成型困难，制备出的导热膜柔韧性较差，厚度较厚，不能很好地满足电子器件的设计要求。人工石墨膜又称PI石墨膜，是通过高温碳化、高温石墨化聚酰亚胺(PI)薄膜制备得到人工石墨膜，该导热膜材料膜厚可设计，最薄可达到5μm，散热效果非常好，且密度较小，能很好地满足电子产品轻薄的要求，但是该种人工石墨膜的强度低，脆性大，可以轻易被撕裂，且制造成本过高，动辄每平米上千元，主要由于制造成本中碳化及石墨化过程中能耗过大，其中碳化温度高达1500℃，石墨化温度高达3000℃，势必带来高耗能和高成本，导致导热膜材料的价格昂贵，且高质量PI薄膜和人工石墨膜生产技术仍然为美国、日本等国外大公司(如杜邦、SKC、达迈等)控制。石墨烯(Graphenes)是一种由苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的二维碳材料。石墨烯的导热系数为5300W/(m·K)，是已知导热系数最高的材料，其散热效率远高于目前的商用石墨散热片。石墨烯散热膜制备工艺过程易控、成本低、环境友好。由于石墨烯薄膜具有机械性能好、导热系数高，质量轻、材料薄、柔韧性好等特点，因此石墨烯薄膜是智能手机等电子产品理想的散热材料。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种石墨烯复合膜及其制备方法。该石墨烯复合膜具有高的导热性，解决了现有技术单一石墨烯制成的导热膜热导率偏低，以及人造石墨烯膜厚度低且导热通量不够的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例的第一方面提供一种石墨烯复合膜，包括PI微粒和石墨烯材料；所述PI微粒和所述石墨烯材料的片层边缘通过化学键连接形成连通的导热通路。进一步，所述PI微粒的平均粒径为1-50μm；更进一步，所述PI微粒的平均粒径为10-30μm。进一步，所述石墨烯复合膜的厚度为10-200μm。本专利技术实施例在第二方面提供由本专利技术第一方面所述石墨烯复合膜的制备方法，所述制备方法包括：将PI微粒分散液与石墨烯材料分散液混合均匀，得到石墨烯复合浆料；对所述石墨烯复合浆料进行成膜处理，得到复合膜中间体；对所述复合膜中间体进行石墨化处理，得到石墨烯复合膜。进一步，所述PI微粒分散液通过如下步骤得到：将已拉伸的PI膜进行碳化处理，得到PI碳化膜；对所述PI碳化膜进行粉碎处理，得到PI微粒；将所述PI微粒和水混合后进行砂磨处理，得到PI微粒分散液。进一步，所述的制备方法还包括：对所述石墨烯复合膜进行挤压处理，得到致密的石墨烯复合膜。进一步，对所述石墨烯复合浆料进行成膜处理之前，所述的制备方法还包括：对所述石墨烯复合浆料进行真空除泡处理。进一步，对所述石墨烯复合浆料进行成膜处理是指通过抽滤、抄纸或涂布的方式将石墨烯复合浆料进行成膜处理。进一步，所述石墨化处理的温度为2000-3000℃，所述石墨化处理的时间为30min-2h，所述石墨化处理过程中升温的速率为10-30℃/min；更进一步，所述石墨化处理的温度为2200-2800℃，所述石墨化处理的时间为30min-90min，所述石墨化处理过程中升温的速率为15-25℃/min。进一步，所述碳化处理的温度为700-1500℃，所述碳化处理的时间为1-5h，所述碳化处理过程中升温的速率为5-10℃/min。进一步，所述PI微粒分散液的浓度为10-50％，所述石墨烯材料分散液的浓度为1-10％；更进一步，所述石墨烯复合浆料中石墨烯材料与PI微粒的质量比为1-50:100。进一步，所述石墨烯复合膜的致密度为1-2.3g/cm3；更进一步，所述石墨烯复合膜的致密度为1.8-2.2g/cm3。进一步，所述石墨烯材料分散液是指将石墨烯材料分散在水中形成的分散液；其中，所述石墨烯材料为单层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的一种或多种。本专利技术实施例与现有技术相比至少具有如下有益效果：1、本专利技术实施例将已拉伸好的PI膜在高温条件下碳化处理后进行粉碎、混合和砂磨处理得PI微粒分散液；将PI微粒分散液和石墨烯材料分散液混合均匀得石墨烯复合浆料；而后将石墨烯复合浆料进行成膜处理和石墨化处理得石墨烯复合膜；最后将石墨烯复合膜进行挤压处理得致密的石墨烯复合膜；这样不仅提高了石墨烯复合膜的结晶度，而且能够将PI微粒和石墨烯材料的片层边缘通过化学键连接形成连通的导热通路，进而提高了石墨烯复合浆料的导热性。2、本专利技术实施例制备石墨烯复合膜的过程中不需要催化剂，以及昂贵的设备仪器，并且反应时间短；因此该制备方法简单，适用于规模化生产。附图说明图1是本专利技术实施例1中石墨烯复合膜在标尺50μm下的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1中石墨烯复合膜在标尺10μm下的扫描电镜图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。现有技术公开了利用石墨烯掺杂聚酰胺酸树脂制备高导热石墨膜的方法，主要是将石墨烯加入到强极性有机溶剂中，超声分散制备石墨烯分散液；然后将二胺和二酐分别加入到石墨烯分散液中进行搅拌反应，得到原位聚合石墨烯掺杂聚酰酸胺树脂溶液；向原位聚合石墨烯掺杂聚酰酸胺树脂溶液中加入亚胺化试剂，依次通过脱泡、流延成膜，采用双向拉伸设备进行结晶取向，并通过高温亚胺化处理后得到石墨烯掺杂聚酰亚胺复合薄膜；将石墨烯掺杂聚酰亚胺复合薄膜在真空下进行高温碳化，自然冷却至室温获得碳化膜；最后在氩气保护下进行高温石墨化，自然冷却至室温，得到高导热石墨膜。在该制备方法中，需要使用大量有机溶剂，环境不友好，不适合批量生产；而且还需要使用双向拉伸设备进行结晶取向，设备成本高，结晶取向工艺复杂；由于石墨烯与PI复合后，石墨烯填量为微量，因此无法改变PI膜石墨化所带来的问题。还公开了一种石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法，首先将氧化石墨烯溶液和聚酰胺酸溶液均匀混合，在液相中进行蒸发界本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯复合膜，其特征在于，包括PI微粒和石墨烯材料；所述PI微粒和所述石墨烯材料的片层边缘通过化学键连接形成连通的导热通路。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合膜，其特征在于，包括PI微粒和石墨烯材料；所述PI微粒和所述石墨烯材料的片层边缘通过化学键连接形成连通的导热通路。


2.根据权利要求1所述的石墨烯复合膜，其特征在于，所述PI微粒的平均粒径为1-50μm；
优选地，所述PI微粒的平均粒径为10-30μm。


3.根据权利要求1所述的石墨烯复合膜，其特征在于，所述石墨烯复合膜的厚度为10-200μm。


4.一种如权利要求1至3任一所述石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，包括：
将PI微粒分散液与石墨烯材料分散液混合均匀，得到石墨烯复合浆料；
对所述石墨烯复合浆料进行成膜处理，得到复合膜中间体；
对所述复合膜中间体进行石墨化处理，得到石墨烯复合膜。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述PI微粒分散液通过如下步骤得到：
将已拉伸的PI膜进行碳化处理，得到PI碳化膜；
对所述PI碳化膜进行粉碎处理，得到PI微粒；
将所述PI微粒和水混合后进行砂磨处理，得到PI微粒分散液。


6.根据权利要求4所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李妙妙，郭玉芬，张慧涛，胡黎明，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33