CN109334155B - 石墨烯-铜复合散热膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石墨烯‑铜复合散热膜及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：首先将天然石墨进行预处理，然后依次经高速剪切、超声剥离和乳化作用，得到石墨烯；将石墨烯混料，然后制备成膜并干燥，得到石墨烯膜，然后将所述石墨烯膜在预设温度下加热制备微气囊，再在预设压力下采用机械辊压所述微气囊以制备微褶皱；将石墨烯膜与铜箔压实，然后将所述导热黑膜粘贴在所述铜箔的另一侧，得到石墨烯‑铜复合散热膜。本发明的石墨烯‑铜复合散热膜的制备方法，通过把点状的热源均衡到面，再通过纵向散发出去，加速了热量的散发，以达到产品组件的保护作用，其散热效果优于传统工艺的石墨片和人工石墨片。
Description
技术领域
本发明属于材料加工制备领域，具体涉及一种石墨烯-铜复合散热膜及其制备方法和应用。
背景技术
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，几乎完全透明，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10Ω·m～8Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。电子电器工作时会发热，需要高效热管理来保证其正常运行。新一代器件还要求可弯折性。因此，研究高导热高柔性材料至关重要。但现有宏观材料的高导热和高柔性是一对鱼和熊掌难以兼得的矛盾。石墨烯的出现为解决这一矛盾提供了理论上的可能。它是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面单层二维大分子。原子质量轻、简单而又强力的键接结构赋予了它超高的导热性；同时，单原子层厚度又使得其具有较好的柔性。遗憾的是，目前已有的剥离型石墨烯片小、缺陷多，其组装而成的宏观材料导热率和柔性都欠佳。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种石墨烯-铜复合散热膜的制备方法。
本发明的石墨烯-铜复合散热膜的制备方法，包括如下步骤：S101：首先将天然石墨进行预处理，然后依次经高速剪切、超声剥离和乳化作用，得到石墨烯；S102：将所述步骤S101得到的石墨烯混料，然后制备成膜并干燥，得到石墨烯膜，然后将所述石墨烯膜在预设温度下加热制备微气囊，再在预设压力下采用机械辊压所述微气囊以制备微褶皱；S103：将步骤S102处理过的石墨烯膜与铜箔压实，然后将所述导热黑膜粘贴在所述铜箔的另一侧，得到石墨烯-铜复合散热膜。
本发明的石墨烯-铜复合散热膜的制备方法，通过把点状的热源均衡到面，再通过纵向散发出去，加速了热量的散发，以达到产品组件的保护作用。散热效果优于传统工艺的石墨片和人工石墨片。石墨烯纳米散热层高度致密抗刮和耐酒精和其他溶剂，模切简单及高良品率，不需要包边和加覆盖膜，散热性能更加突出。具有良好的柔韧性，可加工，可返修；EMI屏蔽和吸收，以保护敏感的电子元器件；耐溶剂，具备抗静电能力，电阻为103欧/平方英寸；可模切成任意形状，不掉粉尘无需包边；通过传导散热、对流散热和辐射散热，能快速将点热源转为面热源；可以降低电子产品的温度，保护电子元器件并延长电子产品的寿命；自我研发的低酸热辐射均热胶水，对电子元器件不会腐蚀；材料具备优良的导电性能；模切之后边缘整齐，没有粉尘；相较于天然石墨膜或者人工石墨膜，模切后留有粉尘，对手机，平板电脑等产品内部电子元器件可能产生线路短路的危险；用铜做基材便于模切，不会破裂，成品率高；天然石墨和人工石墨均无铜基层，在模切过程中和粘贴过程中易损坏；有利于机器返修，可以再次使用。
另外，本发明上述的石墨烯-铜复合散热膜的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述石墨烯-铜复合散热膜的厚度为25μm～150μm。
进一步地，在所述步骤S102中，所述预设温度为2900℃～3100℃。
进一步地，在所述步骤S102中，所述预设压力为290MPa～310MPa。
本发明的另一个目的在于提出所述方法制备的石墨烯-铜复合散热膜。
本发明的再一个目的在于提出所述的石墨烯-铜复合散热膜在智能终端、LED、通讯行业和新能源领域的应用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
实施例1提出了一种石墨烯-铜复合散热膜，其制备方法，包括如下步骤：
S101：首先将天然石墨进行预处理，然后依次经高速剪切、超声剥离和乳化作用，得到石墨烯。
S102：将所述步骤S101得到的石墨烯混料，然后制备成膜并干燥，得到石墨烯膜，然后将所述石墨烯膜在2900℃温度下加热制备微气囊，再在310MPa压力下采用机械辊压所述微气囊以制备微褶皱。
S103：将步骤S102处理过的石墨烯膜与铜箔压实，然后将所述导热黑膜粘贴在所述铜箔的另一侧，得到厚度为25μm的石墨烯-铜复合散热膜。
实施例2
实施例2提出了一种石墨烯-铜复合散热膜，其制备方法，包括如下步骤：
S101：首先将天然石墨进行预处理，然后依次经高速剪切、超声剥离和乳化作用，得到石墨烯。
S102：将所述步骤S101得到的石墨烯混料，然后制备成膜并干燥，得到石墨烯膜，然后将所述石墨烯膜在3100℃温度下加热制备微气囊，再在290MPa压力下采用机械辊压所述微气囊以制备微褶皱。
S103：将步骤S102处理过的石墨烯膜与铜箔压实，然后将所述导热黑膜粘贴在所述铜箔的另一侧，得到厚度为150μm的石墨烯-铜复合散热膜。
实施例3
实施例3提出了一种石墨烯-铜复合散热膜，其制备方法，包括如下步骤：
S101：首先将天然石墨进行预处理，然后依次经高速剪切、超声剥离和乳化作用，得到石墨烯。
S102：将所述步骤S101得到的石墨烯混料，然后制备成膜并干燥，得到石墨烯膜，然后将所述石墨烯膜在3000℃温度下加热制备微气囊，再在300MPa压力下采用机械辊压所述微气囊以制备微褶皱。
S103：将步骤S102处理过的石墨烯膜与铜箔压实，然后将所述导热黑膜粘贴在所述铜箔的另一侧，得到厚度为80μm的石墨烯-铜复合散热膜。
表1：导热黑膜参数
在上海市杨浦区创业基地的新材料实验室中通过专业的FLUKE TiS65测试仪器测试OPPO样机：1、散热膜两边分别贴上背胶和双面胶，然后贴在样机后盖内侧，激流快艇2运行一小时，测试结果选取1小时内温差(ΔT/℃)最大数据；2、每个样品重复测试3次，选取最大温差值，结果是和人造石墨的温度系数相当，而本发明方法制备的绝缘黑膜取代市场上的黑膜后，产品性能更是明显优于人造石墨膜。
本发明制备的石墨烯-铜散热膜具有以下特性：
1、散热效果佳，媲美人工石墨膜的效果；
2、既有横向的散热均热，又有纵向的快速导热；
3、良好的柔韧性能，易于加工模切及安装使用；
4、高可靠性、高稳定性，无老化问题；
5、高性价比。
将本发明实施例制备的石墨烯-铜散热膜其其他散热材料对比，结果如表2所示。
表2：散热材料对比分析
比较表2可以看出，本发明的石墨烯-铜散热膜和其它散热产品相比，具有明显的优势：
1、导热系数可以媲美人工石墨；
2、成本仅为人工石墨的60％；
3、加工性和可折叠次数比其他产品更加优秀。
综上，本发明的石墨烯-铜复合散热膜的制备方法，通过把点状的热源均衡到面，再通过纵向散发出去，加速了热量的散发，以达到产品组件的保护作用。散热效果优于传统工艺的石墨片和人工石墨片。石墨烯纳米纳米散热层高度致密抗刮和耐酒精和其他溶剂，模切简单及高良品率，不需要包边和加覆盖膜，散热性能更加突出。具有良好的柔韧性，可加工，可返修；EMI屏蔽和吸收，以保护敏感的电子元器件；耐溶剂，具备抗静电能力，电阻为103欧/平方英寸；可模切成任意形状，不掉粉尘无需包边；通过传导散热、对流散热和辐射散热，能快速将点热源转为面热源；可以降低电子产品的温度，保护电子元器件并延长电子产品的寿命；自我研发的低酸热辐射均热胶水，对电子元器件不会腐蚀；材料具备优良的导电性能；模切之后边缘整齐，没有粉尘；相较于天然石墨膜或者人工石墨膜，模切后留有粉尘，对手机，平板电脑等产品内部电子元器件可能产生线路短路的危险；用铜做基材便于模切，不会破裂，成品率高；天然石墨和人工石墨均无铜基层，在模切过程中和粘贴过程中易损坏；有利于机器返修，可以再次使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (3)
1.一种石墨烯-铜复合散热膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101：首先将天然石墨进行预处理，然后依次经高速剪切、超声剥离和乳化作用，得到石墨烯；
S102：将所述步骤S101得到的石墨烯混料，然后制备成膜并干燥，得到石墨烯膜，然后将所述石墨烯膜在预设温度下加热制备微气囊，再在预设压力下采用机械辊压所述微气囊以制备微褶皱；
S103：将步骤S102处理过的石墨烯膜与铜箔压实，然后将导热黑膜粘贴在所述铜箔的另一侧，得到石墨烯-铜复合散热膜；
所述石墨烯-铜复合散热膜的厚度为25μm～150μm；
在所述步骤S102中，所述预设温度为2900℃～3100℃；
在所述步骤S102中，所述预设压力为290MPa～310MPa。
2.权利要求1所述方法制备的石墨烯-铜复合散热膜。
3.权利要求1-2任一项所述的石墨烯-铜复合散热膜在智能终端、LED、通讯行业和新能源领域的应用。
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