石墨烯导热膜及其制备方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种石墨烯导热膜及其制备方法，该石墨烯导热膜的制作过程包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯浆料经涂布制得氧化石墨烯膜；（2）将所述氧化石墨烯膜进行造孔处理和增韧处理后进行收卷，获得多孔氧化石墨烯膜卷材，所述多孔氧化石墨烯膜卷材的孔径大小为80~300μm；（3）将所述多孔氧化石墨烯膜卷材放入石墨筒内，进行高温热处理；（4）将高温热处理后的所述多孔氧化石墨烯膜卷材进行压延处理，得到石墨烯导热膜。该石墨烯导热膜实现了卷材形式批量制备，使得整个的工业生产效率及成本均获得极大幅度的提升，石墨烯导热膜的大规模商业化应用将会因此更进一步。大规模商业化应用将会因此更进一步。大规模商业化应用将会因此更进一步。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯导热膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯导热膜
，具体涉及一种卷材状的石墨烯导热膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯（Graphene）是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，其导热系数高达5300W/m
·
K，是目前已知材料中最高。人们利用石墨烯的这一特性，采用氧化石墨烯浆料为原材料，通过涂布、热处理、石墨化重结晶、压延等工艺将其制成石墨烯导热膜、石墨烯均温板等产品，它们被广泛应用于手机、电脑、5G基站、军工等行业用以解决该领域的导热、散热等需求。目前，通过这一方法制备的这些石墨烯产品均已实现规模化商业生产，产生了直接的经济效益。
[0003]然而，由于氧化石墨烯结构中含有大量的含氧官能团，又因现有工艺制得的氧化石墨烯膜是层层致密堆积的微观结构，在其热处理过程中，会因含氧官能团的化学键断裂释放大量热量或产生CO、CO2等气体，造成石墨烯膜严重的横向收缩以及体积膨胀问题，会导致在卷材制备过程中发生爆裂甚至直接烧毁现象。因此，现有石墨烯导热膜产品仅局限做成片材进行生产和使用，无法规模化卷材形式生产。显然，这会大大限制该产品的工业生产效率以及造成资源的浪费，与国家绿色节能等政策相悖；与此同时，还会导致生产制作成本过高难以下降，无法实现该类产品的大规模商业化推广。
[0004]专利CN113480328A提供了一种大尺度石墨烯导热卷膜及其制备方法，其通过在石墨烯导热膜中引入高孔隙的纤维织物和纳米纤维素，在石墨烯膜内部建立排气通道，使得热处理过程中活性物质的排出，减少材料的发泡和界面分层，从而提高了大尺度的石墨烯导热卷膜的生产良率，但此种方法会增加工艺的繁琐性的同时，还会因为高温处理后，纤维织物烧毁使得石墨烯导热膜分层，进而降低石墨烯导热膜的导热性能。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯导热膜的制备方法，采用该方法制备的石墨烯导热膜直接为卷材形式。
[0006]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：（1）将氧化石墨烯浆料经涂布制得氧化石墨烯膜；将氧化石墨烯浆料经连续化涂布设备制得氧化石墨烯膜，所述氧化石墨烯浆料的碳氧比为2~6：1，所制备的氧化石墨烯膜可以直接进行下一步工序，也可以先将其收卷存放。选用该碳氧比大小范围的氧化石墨烯可以有效保证其顺利实现自装成膜的同时，能够合理控制多孔氧化石墨烯膜的成型以及稳定的热处理，若碳氧比小于2：1，因氧含量过高导致造孔阶段或者热处理阶段反应过于剧烈，多孔氧化石墨烯膜或石墨烯膜卷材无法完整成型；若碳氧比大于6：1，将会导致氧化石墨烯浆料的自组装性变差，无法顺利形成氧化石墨烯膜。
[0007]优选的，所示氧化石墨烯浆料中的氧化石墨烯片径为60~230μm；最优选为120~160μm。选用该片径范围的氧化石墨烯具备以下有益效果：获得适用于合理孔径控制的氧化石墨烯膜，若片径小于60μm，将会导致氧化石墨烯膜的机械强度过低，进一步会导致造孔阶段因剧烈的气泡产生而破坏多孔石墨烯膜的完整性；若片径大于230μm，将会使得氧化石墨烯膜中出现大量的褶皱，继而影响造孔阶段孔径的控制。典型但非限制性的，所述氧化石墨烯片径为60μm、80μm、120μm、160μm、200μm、230μm。
[0008]（2）将所述氧化石墨烯膜进行造孔处理和增韧处理后进行收卷，获得多孔氧化石墨烯膜卷材，所述多孔氧化石墨烯膜卷材的孔径大小为80~300μm；所述造孔处理是指将卷材氧化石墨烯膜通过盛有造孔剂的第一浸润池，氧化石墨烯膜致密堆叠的层状微观结构被打开，形成可抵消高温热处理过程中体积膨胀以及有助于气体（高温热处理过程脱氧等行为产生）有效排出的孔洞。
[0009]所述氧化石墨烯膜通过所述第一浸润池的浸润时间为30~300s，更优的，所述浸润时间为60~120s。典型但非限制性的，浸润时间为30s、60s、90s、120s、150s、180s、210s、240s、270s、300s。
[0010]孔洞的孔径受造孔剂的类型、浓度等因素影响，优选的，所述造孔剂为水合肼、二甲基肼等联氨类试剂中一种或者多种混合，该类试剂一方面可将层层致密的氧化石墨烯膜变得含有大量孔洞微观结构；另一方面该类试剂具有较强还原性，还可极大地提高氧化石墨烯膜的碳氧比，而此二者均非常有利于避免卷材氧化石墨烯膜热处理过程的爆裂或者烧毁；所述造孔剂浓度为50~100%。若造孔剂浓度低于50%，则无法较大程度地还原氧化石墨烯膜以显著提高碳氧比，同时导致因反应速率较慢而气泡产出速率较缓，相邻气泡过多聚集而无法较好地控制目标孔径的形成。
[0011]孔径的大小在较大程度上决定了多孔石墨烯膜卷材高温热处理后的完整性，优选的，所述多孔氧化石墨烯膜卷材的孔径大小为80~300μm，更优的，所述孔径大小为120~180μm。该范围内的孔径大小具备以下有益效果：合适的孔径大小可以确保热处理过程中多孔石墨烯膜稳定的体积膨胀而避免石墨烯卷材的爆裂或者烧毁，若孔径小于80μm，则不足以抵消单位区域内因过量气体产生引起的体积膨胀；若孔径大于300μm，则因孔径过大导致所得多孔氧化石墨烯卷材的机械强度显著下降，变得脆性而无法抵抗热处理产生大量气体的冲击。
[0012]经联氨类造孔剂还原后，所述多孔氧化石墨烯膜卷材的碳氧比为20~70：1；此意味着该膜在热处理阶段会发生较少的含氧官能团断裂，也就是气体产出量减少而降低卷材石墨烯爆裂或烧毁的风险。
[0013]所述增韧处理是指将造孔处理后的氧化石墨烯膜继续通过盛有增韧剂的第二浸润池以提升膜材韧性，以更好抵抗氧化石墨烯膜热处理过程中得收缩或膨胀现象，所述连续化浸润的氧化石墨烯膜经辊轮引入40~80℃隧道中干燥定型后收卷，获得多孔氧化石墨烯膜卷材。
[0014]所述氧化石墨烯膜通过所述第二浸润池的浸润时间为10~120s，更优的，所述浸润时间为60~90s。典型但非限制性的，浸润时间为10s、30s、60s、90s、120s。
[0015]所述的增韧剂为高含量金属阳离子的水溶液，更进一步地，所述金属离子为Fe
2+
、Fe
3+
、Co
2+
、Ni
+
、Cu
2+
、Ca
2+
等，它们均可与氧化石墨烯进行交联以提升整体膜材的抗拉强度。
[0016]（3）将所述多孔氧化石墨烯膜卷材放入石墨筒内，进行高温热处理；所述石墨筒的直径比所述多孔氧化石墨烯膜卷材的直径大1~3mm，石墨筒能够抑制石墨烯膜在烧结石墨化过程中的进一步膨胀。
[0017]所述高温热处理为惰性气体保护下的分段式热处理；具体地，第一段温度先由室温升至600~1200℃，升温速率为1~3℃/min，保温3~8h；第二段温度升至1200~2000℃，升温速率为3~8℃/min，保温3~8h；第三段温度升至2000~3200℃，升温速率为5~10℃/min，保温1~3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯浆料经涂布制得氧化石墨烯膜；（2）将所述氧化石墨烯膜进行造孔处理和增韧处理后进行收卷，获得多孔氧化石墨烯膜卷材，所述多孔氧化石墨烯膜卷材的孔径大小为80~300μm；（3）将所述多孔氧化石墨烯膜卷材放入石墨筒内，进行高温热处理；（4）将高温热处理后的所述多孔氧化石墨烯膜卷材进行压延处理，得到石墨烯导热膜。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于：所述多孔氧化石墨烯膜卷材的孔径大小为120~180μm。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于：所述造孔处理是将所述氧化石墨烯膜通过盛有造孔剂的第一浸润池，所述造孔剂为联氨类试剂中的一种或者多种，所述造孔剂浓度为50~100%。4.根据权利要求3所述的一种石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于：通过所述第一浸润池的时间为30~300s。5.根据权利要求1所述的一种石墨烯导热膜的制备方法，其特征在于：所述增韧处理是将所述氧化石墨烯膜通过盛有增韧剂的第二浸润池，所述增韧剂为具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡金明，黄文添，朱俊帆，王志诚，郝振亮，
申请(专利权)人：广东墨睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：