CN105514066B - 一种石墨烯复合红外辐射导热膜及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯复合红外辐射导热膜及其制作方法，其特征在于：是在基底上设置有石墨烯复合红外辐射涂层。本发明利用石墨烯复合红外辐射材料良好的红外辐射能力和热传导能力，制得的薄膜在平行和垂直于基底的方向上均具有良好的热传导能力，使得热量得以迅速的从发热部位传递至散热器件或环境中，提高了热传导效率，消除设备内局部热点，降低热传导路径上的温度梯度。本发明制作简易方便，对电子器件的高度集成化和制热设备的快速热传导提供了有力支撑。

Description

一种石墨烯复合红外辐射导热膜及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种高性能导热材料，特别是一种石墨烯复合红外辐射导热膜及其制作方法。

技术背景

随着电子产品的高度集成化，运算速度和运算频率越来越高，电子器件往往会在局部产生大量的热导致局部温度过高，从而使电子器件功能失效甚至遭到损毁性破坏，缩短了电子器件使用寿命。现代电子产品轻薄化则要求散热装置无法做的太大、太重，电子器件也往往由于结构和形状的限制，使得发热器件与散热器件之间常常无法直接接触，严重影响了散热速度和效率。另外，在传统的制热设备方面要求热量要及时传输到理想的位置，而目前的制热设备产生的热量主要通过热的接触传导和空气对流导热方式进行热量输送，效率低下，温度梯度大，热量传输不均匀，急需提高热量的传导效率。

因此如何在利用好热传导、热对流进行热量传递效率最大化的同时，开发热辐射成为本领域技术人员努力的一个重要方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种石墨烯复合红外辐射导热膜及其制作方法，旨在使导热膜具有优异的红外辐射性能和散热性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明石墨烯复合红外辐射导热膜，其特点在于：所述石墨烯复合红外辐射导热膜是在基底上设置有石墨烯复合红外辐射涂层；所述石墨烯复合红外辐射涂层是通过在基底上涂覆石墨烯复合红外辐射涂料、然后固化形成；所述石墨烯复合红外辐射涂料由作为红外辐射材料的石墨烯和填料、分散剂、粘结剂及溶剂混合构成。

具体的，构成所述石墨烯复合红外辐射涂料的各原料按质量份的构成为：

石墨烯5～60份；

填料0～50份；

分散剂1～10份；

粘结剂5～50份；

溶剂40～90份；

各原料的总质量份为100份。

其中，所述填料为金刚石粉、氧化铝、石墨、碳管、氧化钛、氧化铬、氧化铁、氧化锆、氧化硅、氮化锆、氮化铝、氮化硼、碳化硅、硼化锆和锆英粉中的至少一种，优选为金刚石粉。

所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮(如聚乙烯吡咯烷酮K30、聚乙烯吡咯烷酮K60、聚乙烯吡咯烷酮K90)、吐温和羧甲基纤维素钠中的至少一种，优选为十二烷基苯硫酸钠。

所述粘结剂为环氧树脂、聚乙烯醇、LA133、丁苯橡胶(SBR)、导热硅胶、聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂、磷酸盐系无机黏结剂及硅酸盐系有机粘结剂中的至少一种，优选为环氧树脂。

所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲醇、乙醇、乙二醇及丙醇中的至少一种，优选为水。

所述基底为铝箔、铜箔、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、陶瓷、玻璃或硅片，优选为铜箔或铝箔。

上述石墨烯复合红外辐射导热膜的制作方法，包括如下步骤：

(1)制备石墨烯复合红外辐射涂料：按配比将石墨烯、填料、分散剂、粘结剂及溶剂混合并超声分散1～5h，得混合浆料；然后使用高剪切对所述混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为10000～26000rpm，时间为3～12h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨3～30h，将研磨后浆料过150～300目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为10000～26000rpm，时间为2～5h，即获得石墨烯复合红外辐射涂料；

(2)将步骤(1)所获得的石墨烯复合红外辐射涂料涂覆到基底上，在烘箱中60～200℃烘烤5～10min固化形成厚度在3～100μm的石墨烯复合红外辐射涂层，即获得石墨烯复合红外辐射导热膜。

优选的，步骤(1)中超声分散的时间是2h、首次乳化时间为6h、乳化转速为16000rpm、湿磨时间为24h、筛网目数为200目、二次乳化时间为3h、乳化转速为16000rpm，步骤(2)中烘烤温度是100℃、烘烤时间是8min、石墨烯复合红外辐射涂层为10μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明利用石墨烯复合红外辐射材料良好的红外辐射能力和热传导能力，制得的薄膜在平行和垂直于基底的方向上均具有良好的热传导能力，使得热量得以迅速的从发热部位传递至散热器件或环境中，提高了热传导效率，消除设备内局部热点，降低热传导路径上的温度梯度。本发明制作简易方便，对电子器件的高度集成化和制热设备的快速热传导提供了有力支撑。

本发明所制作的石墨烯复合红外辐射导热膜不仅具有良好的热传导能力，而且具有良好的红外热辐射能力，从而具有热传导效率高、应用范围广的优势。

附图说明

图1为本发明石墨烯复合红外辐射导热膜的结构示意图。

图中标号：1为石墨烯复合红外辐射涂层，2为基底。

具体实施方式

实施例1

本实施例按如下步骤制作石墨烯复合红外辐射导热膜：

(1)取10份石墨烯、5份金刚石粉、2份十二烷基苯磺酸钠、10份环氧树脂和73份水混合，进行超声分散2h得混合浆料；然后使用高剪切对混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为6h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨24h，将研磨后浆料过200目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为3h，即获得石墨烯复合红外辐射涂料；

(2)将步骤(1)所获得的石墨烯复合红外辐射涂料涂覆到20μm铜箔上，在烘箱中100℃烘烤8min，固化形成厚度在10μm的石墨烯复合红外辐射涂层，即获得石墨烯复合红外辐射导热膜。

经测试，所得导热膜的导热系数(水平方向)为1940W/m·k，导热系数(垂直方向)为580W/m·k。

实施例2

本实施例按如下步骤制作石墨烯复合红外辐射导热膜：

(1)取20份石墨烯、8份氧化铝、5份十二烷基苯磺酸钠、15份环氧树脂和52份水混合，进行超声分散2h得混合浆料；然后使用高剪切对混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为8h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨24h，将研磨后浆料过200目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为4h，即获得石墨烯复合红外辐射涂料；

(2)将步骤(1)所获得的石墨烯复合红外辐射涂料涂覆到20μm铜箔上，在烘箱中100℃烘烤8min，固化形成厚度在10μm的石墨烯复合红外辐射涂层，即获得石墨烯复合红外辐射导热膜。

经测试，所得导热膜的导热系数(水平方向)为1890W/m·k，导热系数(垂直方向)为560W/m·k。

实施例3

本实施例按如下步骤制作石墨烯复合红外辐射导热膜：

(1)取10份石墨烯、5份碳化硅、3份十二烷基苯磺酸钠、10份环氧树脂和72份水混合，进行超声分散2h得混合浆料；然后使用高剪切对混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为6h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨24h，将研磨后浆料过200目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为3h，即获得石墨烯复合红外辐射涂料；

(2)将步骤(1)所获得的石墨烯复合红外辐射涂料涂覆到30μm铝箔上，在烘箱中120℃烘烤10min，固化形成厚度在15μm的石墨烯复合红外辐射涂层，即获得石墨烯复合红外辐射导热膜。

经测试，所得导热膜的导热系数(水平方向)为1900W/m·k，导热系数(垂直方向)为560W/m·k。

实施例4

本实施例按如下步骤制作石墨烯复合红外辐射导热膜：

(1)取15份石墨烯、6份氮化硼、6份十六烷基三甲基氯化铵、20份环氧树脂和53份NMP混合，进行超声分散2h得混合浆料；然后使用高剪切对混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为6h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨24h，将研磨后浆料过200目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为3h，即获得石墨烯复合红外辐射涂料；

(2)将步骤(1)所获得的石墨烯复合红外辐射涂料涂覆到30μm铝箔上，在烘箱中120℃烘烤10min，固化形成厚度在15μm的石墨烯复合红外辐射涂层，即获得石墨烯复合红外辐射导热膜。

经测试，所得导热膜的导热系数(水平方向)为1920W/m·k，导热系数(垂直方向)为530W/m·k。

实施例5

本实施例按如下步骤制作石墨烯复合红外辐射导热膜：

(1)取10份石墨烯、5份氧化铁、3份聚乙烯吡咯烷酮K30、10份丁苯橡胶和72份NMP混合，进行超声分散3h得混合浆料；然后使用高剪切对所述混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为8h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨24h，将研磨后浆料过200目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为16000rpm，时间为3h，即获得石墨烯复合红外辐射涂料；

(2)将步骤(1)所获得的石墨烯复合红外辐射涂料涂覆到30μm铝箔上，在烘箱中120℃烘烤10min，固化形成厚度在10μm的石墨烯复合红外辐射涂层，即获得石墨烯复合红外辐射导热膜。

经测试，所得导热膜的导热系数(水平方向)为1960W/m·k，导热系数(垂直方向)为550W/m·k。

Claims (6)

1.一种石墨烯复合红外辐射导热膜的制作方法，其特征在于：

所述石墨烯复合红外辐射导热膜是在基底上设置有石墨烯复合红外辐射涂层；所述石墨烯复合红外辐射涂层是通过在基底上涂覆石墨烯复合红外辐射涂料、然后固化形成；所述石墨烯复合红外辐射涂料由作为红外辐射材料的石墨烯和填料、分散剂、粘结剂及溶剂混合构成；构成所述石墨烯复合红外辐射涂料的各原料按质量份的构成为：

石墨烯5～20份；

填料0～8份；

分散剂1～10份；

粘结剂5～50份；

溶剂40～73份；

各原料的总质量份为100份；

所述石墨烯复合红外辐射导热膜的制作方法，包括如下步骤：

(1)制备石墨烯复合红外辐射涂料：按配比将石墨烯、填料、分散剂、粘结剂及溶剂混合并超声分散1～5h，得混合浆料；然后使用高剪切对所述混合浆料进行首次常温乳化，乳化转速为10000～26000rpm，时间为3～12h；再将首次乳化后浆料放入球形研磨机中湿磨3～30h，将研磨后浆料过150～300目筛；最后再使用高剪切对过筛后浆料进行二次常温乳化，乳化转速为10000～26000rpm，时间为2～5h，即获得石墨烯复合红外辐射涂料；

(2)将步骤(1)所获得的石墨烯复合红外辐射涂料涂覆到基底上，在烘箱中60～200℃烘烤5～10min固化形成厚度在3～100μm的石墨烯复合红外辐射涂层，即获得石墨烯复合红外辐射导热膜。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述填料为金刚石粉、氧化铝、石墨、碳管、氧化钛、氧化铬、氧化铁、氧化锆、氧化硅、氮化锆、氮化铝、氮化硼、碳化硅、硼化锆和锆英粉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮、吐温和羧甲基纤维素钠中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述粘结剂为环氧树脂、聚乙烯醇、LA133、丁苯橡胶、导热硅胶、聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂、磷酸盐系无机黏结剂及硅酸盐系有机粘结剂中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲醇、乙醇、乙二醇及丙醇中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述基底为铝箔、铜箔、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、陶瓷、玻璃或硅片。