一种高强度石墨烯导热垫片及其制备方法技术

本申请涉及一种高强度石墨烯导热垫片及其制备方法，涉及热界面材料的领域，高强度石墨烯导热垫片包括至少两层依次堆叠的石墨烯导热层，相邻所述石墨烯导热层通过胶粘剂粘结固定；所述石墨烯导热层包括多层依次堆叠的石墨烯膜，相邻所述石墨烯膜通过胶粘剂粘接；相邻两层所述石墨烯导热层中石墨烯膜的堆叠方向相互垂直且平行于同一平面，且所述石墨烯导热层的叠层方向与任一层所述石墨烯导热层中石墨烯膜的叠层方向均互相垂直。本申请将多层石墨烯膜堆叠制成的石墨烯导热层进行叠层，使相邻层中石墨烯膜的堆叠方向垂直，为石墨烯导热垫片中沿石墨烯堆叠方向和垂直于石墨烯膜堆叠方向这两个方向均提供良好的力学强度。堆叠方向这两个方向均提供良好的力学强度。堆叠方向这两个方向均提供良好的力学强度。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度石墨烯导热垫片及其制备方法


[0001]本申请涉及热界面材料的领域，尤其是涉及一种高强度石墨烯导热垫片及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着5G时代的来临，电子芯片工作频率不断升高，电子产品逐步向轻量化、高集成化方向发展，导致设备的发热量大幅度上升。多余的热量不及时传导出去就会极大影响电子元器件的工作状态，严重时甚至会造成失效，寿命降低。为了解决这个问题，热界面材料应运而生，然而传统的热界面材料导热系数低主要集中在1～10W，难以满足高热量传导需求。
[0003]石墨烯是一种由碳原子堆积而成的单层二维蜂窝状晶格结构的新型碳材料，它不仅具有优异的力学、光学、电学等性能，还具有较好的热学性能，理论热导率可以达到5300W/(m
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K)，是常见金属材料的十几倍。目前以石墨烯为原材料开发的石墨烯膜水平导热系数最高可达2000W/(m
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K)，具有良好的热量传递效果，可以应用于大热流密度的芯片散热领域的新型热界面材料。
[0004]然而石墨烯膜厚度方向导热系数比较差，通常小于10W/(m
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K)，难以满足纵向热量的传递。目前市场上主要采用石墨烯膜堆叠的方式制备石墨烯块体，然后沿着堆叠方向进行切片，制备出厚度方向高导热石墨烯垫片。然而，因为石墨烯膜内部往往是多层结构，内聚强度差，制备的石墨烯导热垫片在强度存在各向异性，在垂直石墨烯膜堆叠方向上强度较好，在石墨烯膜堆叠方向的强度很差，严重影响了石墨烯导热垫片的使用。现有技术中会利用打孔设备在石墨烯膜内部形成通孔，然后注入高分子树脂，然而石墨烯膜与树脂粘附性差，在受压过程中容易溢出，导致孔内间隙存在的树脂较少，并且对石墨烯表面进行打孔工艺会造成石墨烯膜破坏，影响热量的传递。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本申请提供一种高强度石墨烯导热垫片及其制备方法，旨在提升石墨烯导热垫片导热性能的同时使其具有较高的力学强度。
[0006]第一方面，本申请提供一种A，采用如下的技术方案：一种高强度石墨烯导热垫片，包括至少两层依次堆叠的石墨烯导热层，相邻所述石墨烯导热层通过胶粘剂粘结固定；所述石墨烯导热层包括多层依次堆叠的石墨烯膜，相邻所述石墨烯膜通过胶粘剂粘接；相邻两层所述石墨烯导热层中石墨烯膜的堆叠方向相互垂直且平行于同一平面，且所述石墨烯导热层的叠层方向与任一层所述石墨烯导热层中石墨烯膜的叠层方向均互相垂直。
[0007]通过采用上述技术方案，石墨烯膜在其层内方向上具有良好的热传导效果，采用
多层石墨烯膜堆叠制成石墨烯导热层，层间通过胶粘剂粘接，使石墨烯导热层在石墨烯膜层内水平方向上的高导热性能得到充分利用。通过将至少两层石墨烯导热层粘接堆叠，相邻两层石墨烯导热层的粘接面为垂直于石墨烯膜的任意一层，并且堆叠时使相邻两层石墨烯导热层中的石墨烯膜的叠层方向相互垂直，通过此方式叠层得到石墨烯导热垫片，在任意一层石墨烯导热层中石墨烯膜叠层方向上均有另外至少一层石墨烯导热层中石墨烯膜的叠层方向与其垂直，即通过将相邻石墨烯导热层中石墨烯膜的叠层方向进行相互垂直排布，制备出在水平X和Y两个相互垂直的方向上均具有较高强度的石墨烯导热垫片。
[0008]由多层石墨烯膜堆叠得到的石墨烯导热层，其在垂直于石墨烯膜平面方向上由于有粘接剂的支撑效果，具有较高的强度；但是在石墨烯膜叠层方向上一方面由于石墨烯膜内聚强度差导致其强度较低，另一方面在此方向上在受到挤压时容易使石墨烯膜层间的粘接剂溢出而影响其力学性能。在进行石墨烯导热层的叠层时，通过将石墨烯导热层的叠层方向和石墨烯膜的叠层方向垂直设置，进而使制得的石墨烯导热垫片在石墨烯膜的堆叠方向以及另外两个垂直于石墨烯膜的方向上均具有较好的强度。
[0009]可选的，所述石墨烯膜为氧化石墨烯浆料经涂布制成的膜层，具体制备方法如下：S1、取氧化石墨烯浆料涂布制得氧化石墨烯涂膜，将氧化石墨烯涂膜干燥得到氧化石墨烯薄膜；S2、将氧化石墨烯薄膜进行是石墨化处理制得石墨烯膜。
[0010]通过采用上述技术方案，氧化石墨烯具有很好亲水性，在水中可以很好地分散形成浆料，通过涂布方式使氧化石墨烯浆料成膜，在涂布过程中氧化石墨烯片层可以在涂布平面上很好地取向，并且氧化石墨烯片层之间可以具有很好的结合效果，形成的氧化石墨烯膜具有较高的结合力和力学强度的同时，在氧化石墨烯膜平面方向还具有很好的导热性能。
[0011]氧化石墨烯薄膜经过石墨化处理，通过高温使氧化石墨烯中原本分布杂乱无章的碳原子整齐排列，并且碳材料会经“微晶”增长由碳网的二维结构向三维有序结构转变，石墨烯膜的力学性能和强度得到有效提升，并且氧化石墨烯膜层间的热阻明显降低，在水平和垂直方向的导热性能均得到有效的提升。
[0012]可选的，步骤S1中，氧化石墨烯浆料为氧化石墨烯水浆料，氧化石墨烯的固含量为0.1～15wt％。
[0013]通过采用上述技术方案，氧化石墨烯浆料中氧化石墨烯的固含量限定在上述范围内，氧化石墨烯浆料具有更好的涂布性能，更易成膜，并且膜层中氧化石墨烯膜层具有更好的取向，膜层具有更好的导热性能。
[0014]可选的，氧化石墨烯涂膜的干燥温度为80～150℃。
[0015]进一步优选，氧化石墨烯涂膜的干燥温度为100～120℃。
[0016]可选的，步骤S2中，石墨化的温度为2500～3200℃，石墨化处理时间为4～10h。
[0017]进一步优选，石墨化的温度为2800～3000℃。
[0018]通过采用上述技术方案，氧化石墨烯涂膜通过加热干燥去除其中的水分形成具有一定强度的膜层然后在高温环境下进行石墨化，石墨化的过程中，石墨化温度过低会影响到石墨化的程度，导致石墨烯膜内部石墨化不充分影响膜层的导热性能；而石墨化的温度过高时，会导致形成的石墨烯膜的脆性变大，膜层的力学性能。
[0019]可选的，所述石墨烯导热层的层数为偶数层。
[0020]通过采用上述技术方案，将石墨烯导热层的层数设置为偶数，可以使石墨烯导热层在两个相互垂直的方向上的力学性能和导热性能保持一致，两个方向上的性能保持均衡。
[0021]可选的，所述石墨烯膜的厚度为50～600μm。
[0022]通过采用上述技术方案，石墨烯膜的厚度过薄时不利于操作，堆叠过程中石墨烯膜易破碎，并且石墨烯膜本身厚度过薄后将其堆叠到指定的厚度时需要较多的胶粘剂，也会使石墨烯导热垫片中胶粘剂用量过多，影响导热垫片的导热性能；石墨烯膜的厚度过厚是不利于涂布成型，并且涂布后石墨烯膜层内石墨烯片层的取向较差。
[0023]可选的，所述胶粘剂为聚氨酯胶粘剂、环氧树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂、丙烯酸树脂胶粘剂、胶粘剂中的一种或多种组合。
[0024]通过采用上述技术方案，以上胶粘剂均与石墨烯膜具有良好的粘接效果，同时具有较好的导热性能，对石墨烯导热垫片的导热性能的影响较小。
[0025]可选的，所述石墨烯膜层间胶粘剂的涂覆厚度为5～80μm。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度石墨烯导热垫片，其特征在于，包括至少两层依次堆叠的石墨烯导热层(2)，相邻所述石墨烯导热层(2)通过胶粘剂粘结固定；所述石墨烯导热层(2)包括多层依次堆叠的石墨烯膜(1)，相邻所述石墨烯膜(1)通过胶粘剂粘接；相邻两层所述石墨烯导热层(2)中石墨烯膜(1)的堆叠方向相互垂直且平行于同一平面，且所述石墨烯导热层(2)的叠层方向与任一层所述石墨烯导热层(2)中石墨烯膜(1)的叠层方向均互相垂直。2.根据权利要求1所述的一种高强度石墨烯导热垫片，其特征在于，所述石墨烯膜(1)为氧化石墨烯浆料经涂布制成的膜层，具体制备方法如下：S1、取氧化石墨烯浆料涂布制得氧化石墨烯涂膜，将氧化石墨烯涂膜干燥得到氧化石墨烯薄膜；S2、将氧化石墨烯薄膜进行是石墨化处理制得石墨烯膜(1)。3.根据权利要求2所述的一种高强度石墨烯导热垫片，其特征在于，步骤S1中，氧化石墨烯浆料为氧化石墨烯水浆料，氧化石墨烯的固含量为0.1~15wt%。4.根据权利要求2所述的一种高强度石墨烯导热垫片，其特征在于，步骤S2中，石墨化的温度为2500~3200℃，石墨化处理时间为4~10h。5.根据权利要求1所述的一种高强度石墨烯导热垫片，其特征在于，所述石墨烯膜(1)的厚度为50~600μm。6.根据权利要求1所述的一种高强度石墨烯导热垫片，其特征在于，所述胶粘剂为聚氨酯胶粘剂、环氧树脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹勇，羊尚强，孙爱祥，方晓，王红平，
申请(专利权)人：深圳市鸿富诚新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：