【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热管理材料，特别涉及一种高导热石墨烯气凝胶减震垫片及其制备方法。
技术介绍
1、导热垫片通常是由高分子基体与导热填料通过加热固化而形成的一种弹性软质片状材料，填充在产热元件与散热片之间可以排除缝隙间的空气从而促进两者间的热量传递。在一些特定场合中，高导热垫片作为热界面材料使用的同时还起到必要的减震隔震作用。目前，用于减震隔震的高导热垫片主要为高氧化铝含量(≥80％)的有机硅或其它弹性高分子复合体，其回弹率较低(≤20％)，回弹速率较慢(100％回复时间≥5s)，导热隔震效果有限，电子元器件振动时容易导致导热垫片与产热元件或散热片脱离，从而在两者间产生空隙并极大地增加电子元器件封装的热阻。尽管提高有机硅等弹性组分含量有助于提升导热垫片的回弹率，但相应产品的热导率较低(≤2～5w m-1k-1)，如何兼顾减震导热垫片弹性与导热性能之间的关系，是一个巨大的挑战。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高导热石墨烯气凝胶减震垫片，通过以氧化石墨烯溶液为粘结剂，层层堆积氧化石墨烯泡沫后定向切割制备具有不同取向度且耐高温的氧化石墨烯气凝胶。通过对上述取向氧化石墨烯气凝胶进行限高压缩、热定型和高温热处理，原位形成不同取向度的石墨烯皮层和主体层。利用塌缩产生的高水平取向石墨烯皮层增加气凝胶与电子元器件间的接触面积，强化缝隙填充效果，降低界面热阻。利用不完全压缩的高垂直取向石墨烯主体层为热声子提供快速传输通道，提高材料本体热导率。通过皮层石墨烯塌缩产生的∏-∏相互作用和主体层石
2、一种高导热石墨烯气凝胶减震垫片，由导热片组合而成，所述导热片由一层或多层石墨烯片相互搭接而成，含氧量在3～5％，id/ig在0.2～1；所述导热片的中部区域沿近垂直方向取向，上下两端沿近平面方向取向；导热片的中部区域组成框架的主体层，导热片的上下两端分别构成位于主体层上下两侧的皮层；所述近垂直方向为：与厚度方向呈夹角0～15°；近平面方向为：与框架表面呈夹角0～10°。所述id/ig为石墨烯拉曼光谱中d峰与g峰的强度之比。
3、进一步地，所述主体层与单侧皮层的厚度比为40～200：1。
4、进一步地，所述中部主体层的石墨烯片具有褶皱，且通过褶皱形成片与片间的嵌合结构。
5、进一步地，垫片的整体密度为55～120mg/cm3，厚度为0.1～5mm。
6、一种高导热石墨烯气凝胶减震垫片制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7、(1)将浓度为5～20mg ml-1的氧化石墨烯溶液刮涂成膜，干燥后置于体积分数为5～85％的水合肼溶液中发泡15～300min，用乙醇置换水合肼溶液后置于40～60℃烘箱中干燥，得到氧化石墨烯泡沫膜。其中，发泡温度为20～90℃；
8、(2)以浓度为1～5mg ml-1的氧化石墨烯溶液为粘结剂，层层堆积步骤(1)得到的氧化石墨烯泡沫膜，堆积过程中施加10～100psi压力，并加热至60～80℃，得到氧化石墨烯泡沫块体；
9、(3)对步骤(2)得到的氧化石墨烯泡沫块体进行切割，切割方向与石墨烯片层间的夹角为75～90°，切割速率为0.1～5mm/min，切割间距为100μm～10mm，得到取向氧化石墨烯切片；
10、(4)沿着厚度方向(石墨烯片的方向)对步骤(3)得到的取向氧化石墨烯切片进行热压定型，压缩率为5～50％，热压温度为50～300℃，热压时间为30min～6h，得到限高热压取向氧化石墨烯切片；
11、(5)对步骤(4)得到的限高热压取向氧化石墨烯切片置于氩气氛围中进行高温热处理。其中，热处理温度为1000～2000℃，热处理时间为1～3h，使得石墨烯的含氧量在3～5％，id/ig在0.2～1，从而得到高导热石墨烯气凝胶减震垫片。
12、以上，所得到的减震导热垫片，仅由石墨烯构成，不含有机弹性组分，适用温度范围为-200～1000℃，可挥发物组分<0.01％；在10-50psi压力下压缩率>30％，回弹率>90％，撤销应力后完全回复时间≤1s；垂直面热导率范围为23～50w m-1k-1，当厚度为0.1～5mm且施加压力为10～50psi时，热阻抗范围为0.01～0.23k cm2w-1。
13、本专利技术的有益效果在于：
14、(1)本专利技术取向石墨烯气凝胶块体为纯无机材料，相比于其它基于硅橡胶和环氧树脂等有机粘结剂制备的有机/无机复合石墨烯块体，可以经受300℃以上的高温定型和退火处理并保持结构稳定，极大地拓宽了材料的加工和使用温度范围，耐受温度为-200～2000℃。
15、(2)本专利技术皮芯结构取向石墨烯气凝胶相比于石墨烯膜、单一取向石墨烯气凝胶等常规石墨烯材料，通过限高压缩与热定型在材料内部原位形成具有不同取向度的石墨烯皮层与主体层。利用塌缩石墨烯皮层增加气凝胶与电子元器件间的接触面积，强化缝隙填充效果，降低界面热阻。利用不完全压缩的高垂直取向石墨烯主体层为热声子构筑快速传输通道，提高材料本体热导率。实现不同取向和不同功能石墨烯在同种材料中的有效结合。
16、(3)热压过程中皮层石墨烯塌缩产生的层间π-π相互作用和主体层石墨烯不完全压缩产生的片间嵌合结构有效提高了导热垫片的柔性及粘合界面的抗撕裂强度。
17、(4)本专利技术高导热石墨烯气凝胶减震垫片，其弹性来源于特定热处理温度下石墨烯片表面官能团和面外碳原子形成的交联结构，相比于高弹性与高导热难以兼得的有机/无机复合垫片，在维持高热导率的前提下，具有压缩模量小、回弹率高、回弹速率快的特点，改善了传统高分子基垫片导热性能与减震防震性能难以兼顾的问题。
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1.一种高导热石墨烯气凝胶减震垫片，其特征在于，由导热片组合而成，所述导热片由一层或多层石墨烯片相互搭接而成，含氧量在3～5％，Id/Ig在0.2～1；所述导热片的中部区域沿近垂直方向取向，上下两端沿近平面方向取向；导热片的中部区域组成框架的主体层，导热片的上下两端分别构成位于主体层上下两侧的皮层；所述近垂直方向为：与厚度方向呈夹角0～15°；近平面方向为：与框架表面呈夹角0～10°。
2.根据权利要求1所述的垫片，其特征在于，主体层与单侧皮层的厚度比为40～200：1。
3.根据权利要求1所述的垫片，其特征在于，位于中部主体层的石墨烯片具有褶皱，且通过褶皱形成片与片间的嵌合结构。
4.根据权利要求1所述的垫片，其特征在于，垫片的整体密度为55～120mg/cm3，厚度为0.1～5mm。
5.根据权利要求1所述的高导热石墨烯气凝胶减震垫片制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种高导热石墨烯气凝胶减震垫片，其特征在于，由导热片组合而成，所述导热片由一层或多层石墨烯片相互搭接而成，含氧量在3～5％，id/ig在0.2～1；所述导热片的中部区域沿近垂直方向取向，上下两端沿近平面方向取向；导热片的中部区域组成框架的主体层，导热片的上下两端分别构成位于主体层上下两侧的皮层；所述近垂直方向为：与厚度方向呈夹角0～15°；近平面方向为：与框架表面呈夹角0～10°。
2.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡盛赢，赵博，李铮，高超，
申请(专利权)人：浙江大学绍兴研究院，
类型：发明
国别省市：
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