本(ben)發明屬于散熱(re)(re)膜(mo)制(zhi)(zhi)備，具(ju)體涉及一種(zhong)縱(zong)向高導熱(re)(re)石墨烯散熱(re)(re)膜(mo)及其(qi)制(zhi)(zhi)備方法(fa)。

背景技術：

1、在(zai)電子(zi)(zi)元器件日益集成化的(de)今天，散(san)(san)熱(re)(re)成為限(xian)制芯(xin)片處理能(neng)力(li)的(de)最大問(wen)題(ti)。在(zai)低溫(wen)條件下電子(zi)(zi)芯(xin)片可(ke)以(yi)發(fa)揮其(qi)最大性(xing)能(neng)，但隨著溫(wen)度的(de)升高，芯(xin)片必然(ran)面(mian)臨(lin)主頻下降的(de)問(wen)題(ti)。尤其(qi)在(zai)空(kong)間有限(xian)的(de)條件下，發(fa)熱(re)(re)累積情況更加嚴重(zhong)，傳統的(de)人工合成石墨(mo)(mo)有較(jiao)好的(de)導熱(re)(re)性(xing)能(neng)，但其(qi)難以(yi)做(zuo)厚，散(san)(san)發(fa)熱(re)(re)量能(neng)力(li)有限(xian)。在(zai)此情況下，石墨(mo)(mo)烯散(san)(san)熱(re)(re)膜(mo)應運而(er)生，2018年石墨(mo)(mo)烯散(san)(san)熱(re)(re)膜(mo)首(shou)次應用。單層(ceng)(ceng)石墨(mo)(mo)烯導熱(re)(re)系(xi)數高達5300w/(m·k)，石墨(mo)(mo)烯散(san)(san)熱(re)(re)膜(mo)通過多層(ceng)(ceng)石墨(mo)(mo)烯堆(dui)疊而(er)成，其(qi)平(ping)面(mian)導熱(re)(re)系(xi)數可(ke)達1500w/(m·k)，但縱向的(de)導熱(re)(re)系(xi)數不足5w/(m·k)。縱向導熱(re)(re)過低嚴重(zhong)限(xian)制了(le)石墨(mo)(mo)烯散(san)(san)熱(re)(re)膜(mo)散(san)(san)熱(re)(re)性(xing)能(neng)的(de)發(fa)揮。

2、為(wei)解決上述(shu)問題，現(xian)有(you)公開號為(wei)cn117507504a的(de)(de)(de)(de)中國專利(li)一(yi)種石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)縱向(xiang)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)體、其(qi)制備方(fang)法及應用，通過循環疊層(ceng)(ceng)樹(shu)脂(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)和石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)層(ceng)(ceng)并(bing)壓延致密的(de)(de)(de)(de)方(fang)式得(de)到(dao)縱向(xiang)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)系數(shu)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)散熱(re)(re)(re)(re)(re)膜(mo)(mo)。但(dan)其(qi)需疊層(ceng)(ceng)800-1200層(ceng)(ceng)，制備效率低，且樹(shu)脂(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)加(jia)入降低了石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)耐溫性能。另一(yi)現(xian)有(you)公開號為(wei)cn112477356a的(de)(de)(de)(de)中國專利(li)基于(yu)垂直高(gao)分子薄膜(mo)(mo)陣列的(de)(de)(de)(de)高(gao)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)復合(he)材料及其(qi)制備方(fang)法，通過焊(han)膏將(jiang)多片表面打孔(kong)的(de)(de)(de)(de)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)層(ceng)(ceng)疊結合(he)，再沿(yan)層(ceng)(ceng)疊方(fang)向(xiang)切割的(de)(de)(de)(de)方(fang)式，得(de)到(dao)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)方(fang)向(xiang)沿(yan)其(qi)厚度方(fang)向(xiang)的(de)(de)(de)(de)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)縱向(xiang)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)體。但(dan)該(gai)方(fang)法存在焊(han)膏不易與石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)結合(he)，加(jia)工困難的(de)(de)(de)(de)問題，且焊(han)膏的(de)(de)(de)(de)引入降低了石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)實際散熱(re)(re)(re)(re)(re)面積。

技術實現思路

1、為了克服上述現有技(ji)術的(de)缺(que)點，本發明的(de)目的(de)在(zai)于提供一種縱(zong)向高導熱石墨(mo)烯散熱膜(mo)及其制備方法(fa)，用以(yi)解(jie)決現有技(ji)術縱(zong)向導熱過低嚴重限制了石墨(mo)烯散熱膜(mo)散熱性能的(de)發揮的(de)技(ji)術問題(ti)。

2、為了(le)達到上(shang)述目的(de)，本(ben)發明采用以(yi)下技術方案予以(yi)實現：

3、本發明提供(gong)了一(yi)種縱(zong)(zong)向(xiang)高導熱(re)(re)(re)石墨(mo)烯散(san)熱(re)(re)(re)膜，所(suo)述縱(zong)(zong)向(xiang)高導熱(re)(re)(re)石墨(mo)烯散(san)熱(re)(re)(re)膜包含(han)多(duo)層石墨(mo)烯層，其中至少(shao)部分(fen)相鄰的兩(liang)層石墨(mo)烯層之(zhi)間(jian)插有金屬單質。

4、在具體(ti)實施過程中，所(suo)述金屬單質為銅、鐵(tie)、鈷和鎳中的任一種。

5、在具體(ti)實施過程中，所述縱向高導熱(re)石墨烯散熱(re)膜的面內熱(re)擴(kuo)散系(xi)數(shu)為(wei)730～780mm2/s，縱向熱(re)擴(kuo)散系(xi)數(shu)為(wei)14～18mm2/s。

6、本發明提供了一種(zhong)縱(zong)向高導熱(re)石(shi)墨烯散(san)熱(re)膜的(de)制備(bei)方(fang)法，包括以下步驟：

7、s1：將(jiang)經預處理的(de)氧化石(shi)墨烯漿(jiang)料涂布于基材(cai)上進行干燥自組(zu)裝成(cheng)膜，獲得(de)氧化石(shi)墨烯膜；

8、s2：對(dui)氧化石墨(mo)烯膜進行低溫預處(chu)理，獲得膨脹的氧化石墨(mo)烯膜；

9、s3：在超(chao)聲環(huan)境下，將膨脹(zhang)的(de)氧化石墨(mo)烯膜(mo)浸(jin)漬于過(guo)飽(bao)和的(de)含金屬離子溶液中，浸(jin)漬結束后進行烘干(gan)，獲得層間(jian)吸附金屬鹽(yan)的(de)氧化石墨(mo)烯膜(mo)；

10、s4：在真空條件下(xia)，對層間吸附金(jin)屬鹽的氧化石(shi)墨烯膜進行加熱分解生成金(jin)屬單質，在加熱分解的同時進行碳化處理，獲(huo)得層間插層金(jin)屬的膜；

11、s5：在保護(hu)氣氛下，對層(ceng)間插層(ceng)金(jin)屬的膜(mo)進行(xing)石墨化(hua)處理，獲得層(ceng)間插層(ceng)金(jin)屬的石墨烯膜(mo)；

12、s6：將層間插層金屬的石墨烯膜(mo)進行排氣壓延和致密壓延，獲(huo)得(de)縱向高導熱(re)(re)石墨烯散熱(re)(re)膜(mo)。

13、在具體(ti)實(shi)施過(guo)程(cheng)中，所述s1中，所述預處理的過(guo)程(cheng)如(ru)下：

14、將氧化(hua)石墨(mo)烯濾(lv)餅分散在(zai)去離子水中(zhong)，制備氧化(hua)石墨(mo)烯漿料，過(guo)程中(zhong)加入ph調節劑調節ph至(zhi)6～7；

15、將(jiang)氧化石(shi)墨(mo)烯漿料依次進行均質處理(li)和(he)脫泡處理(li)，獲得預處理(li)的氧化石(shi)墨(mo)烯漿料；

16、其中(zhong)，所(suo)述ph調節劑為(wei)氨(an)(an)水溶(rong)(rong)(rong)液或(huo)氫(qing)氧(yang)化鈉溶(rong)(rong)(rong)液，所(suo)述氨(an)(an)水溶(rong)(rong)(rong)液的(de)(de)質量百分比為(wei)20％～25％，所(suo)述氫(qing)氧(yang)化鈉溶(rong)(rong)(rong)液的(de)(de)濃度為(wei)0.8mol/l～1.0mol/l；

17、所述氧(yang)化石墨烯漿料(liao)的固含量為5％～15％。

18、在具(ju)體實施過程中，所(suo)述均質處(chu)理(li)的均質壓(ya)力為60～90mpa，所(suo)述均質處(chu)理(li)后的氧化石墨烯(xi)漿料的粘度(du)為20000-50000mpa·s；

19、所述均(jun)質處(chu)(chu)理(li)后還具(ju)有冷卻處(chu)(chu)理(li)，所述冷卻處(chu)(chu)理(li)的溫度為20～30℃；

20、所(suo)述(shu)脫泡處理的(de)脫泡壓(ya)力小于3kpa；所(suo)述(shu)脫泡處理后的(de)氧化石墨烯漿料的(de)粘度為30000～55000mpa·s。

21、在(zai)具體實(shi)施過(guo)程中，所述(shu)s2中，所述(shu)低溫預處理為(wei)由室溫逐級升(sheng)溫至260～300℃后(hou)降(jiang)至室溫的處理過(guo)程；

22、低溫預處理的(de)過程(cheng)包括(kuo)依(yi)次進(jin)行(xing)的(de)第(di)一階段、第(di)二階段、第(di)三(san)階段和第(di)四階段，其中，所述第(di)一階段的(de)過程(cheng)如下：

23、在30～45min內由室溫(wen)(wen)升溫(wen)(wen)至(zhi)50～60℃，隨(sui)(sui)后(hou)保(bao)溫(wen)(wen)12～12.5h，隨(sui)(sui)后(hou)在30～45min內由50～60℃升溫(wen)(wen)至(zhi)70～80℃，隨(sui)(sui)后(hou)保(bao)溫(wen)(wen)12～12.5h，由70～80℃降(jiang)溫(wen)(wen)至(zhi)50～60℃，保(bao)溫(wen)(wen)12～12.5h，再(zai)升溫(wen)(wen)至(zhi)70～80℃，保(bao)溫(wen)(wen)12～12.5h；

24、所述(shu)第二階段(duan)的過程如下(xia)：

25、在30～45min內由70～80℃升溫(wen)至120～150℃，保溫(wen)12～12.5h；

26、所述第三階段的(de)過程如下：

27、在1～1.2h內由(you)120～150℃升溫至(zhi)260～300℃，保溫12～12.5h；

28、所述第四階段的過(guo)程如下：

29、由260～300℃降至室溫。

30、在(zai)具體(ti)實(shi)施過(guo)程中(zhong)(zhong)，所(suo)述s3中(zhong)(zhong)，所(suo)述過(guo)飽和的含(han)金(jin)屬(shu)離(li)子(zi)溶(rong)(rong)液為(wei)含(han)金(jin)屬(shu)離(li)子(zi)的硝(xiao)酸溶(rong)(rong)液、硫酸溶(rong)(rong)液和氯化(hua)溶(rong)(rong)液中(zhong)(zhong)的任一種；

31、所述過飽和的(de)含(han)金屬(shu)離子(zi)(zi)(zi)(zi)溶(rong)液(ye)中(zhong)的(de)金屬(shu)離子(zi)(zi)(zi)(zi)為(wei)銅離子(zi)(zi)(zi)(zi)、鐵離子(zi)(zi)(zi)(zi)、鈷離子(zi)(zi)(zi)(zi)和鎳(nie)離子(zi)(zi)(zi)(zi)中(zhong)的(de)任一種。

32、在具(ju)體實施過(guo)程中(zhong)，所述s4中(zhong)，所述對層間吸附金屬鹽的氧化(hua)石墨烯膜進行加熱(re)分(fen)解生成金屬單質的過(guo)程如下：

33、對層間(jian)吸(xi)附金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)鹽(yan)的氧(yang)化石墨烯(xi)膜(mo)進行加(jia)熱分解氧(yang)化金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)鹽(yan)生成金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)氧(yang)化物，隨后加(jia)熱分解金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)氧(yang)化物生成金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)單質；

34、所述金屬(shu)氧(yang)化物為cuo、fe2o3、co2o3、nio中(zhong)的任一種；

35、所述碳化處(chu)理的過程(cheng)如(ru)下(xia)：

36、以100～120℃/h的升溫(wen)速率由室(shi)溫(wen)下開(kai)始升溫(wen)，并分別在200～400℃、1110～1200℃和1450～1550℃的溫(wen)度范(fan)圍內各(ge)保溫(wen)1～3h。

37、在(zai)具(ju)體實施過(guo)程中(zhong)，所(suo)述s5中(zhong)，所(suo)述保護氣(qi)氛為氬(ya)氣(qi)氣(qi)氛；所(suo)述石(shi)墨化處理的溫度為2500～2850℃；

38、所述s6中，所述排氣壓(ya)延(yan)的(de)壓(ya)力(li)不小于500t，排氣壓(ya)延(yan)的(de)總保(bao)壓(ya)時(shi)間不小于12h；所述致密壓(ya)延(yan)的(de)壓(ya)力(li)不小于700t，致密壓(ya)延(yan)的(de)保(bao)壓(ya)時(shi)間不小于30min。

39、與現有技術相比(bi)，本發明具有以下有益(yi)效果(guo)：

40、本(ben)發明提供了一種縱(zong)向高(gao)導熱石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)散熱膜(mo)的(de)(de)(de)制備方法，首先(xian)，氧化(hua)(hua)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)膜(mo)經低溫(wen)預處(chu)理(li)后發生膨脹，將(jiang)膨脹的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)膜(mo)置于含(han)(han)金屬(shu)(shu)(shu)離(li)(li)子溶液中(zhong)，氧化(hua)(hua)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)多孔結構會將(jiang)含(han)(han)金屬(shu)(shu)(shu)離(li)(li)子溶液吸附至氧化(hua)(hua)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)層(ceng)(ceng)(ceng)間；隨后，對浸(jin)(jin)漬(zi)后的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)膜(mo)進行碳(tan)化(hua)(hua)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)化(hua)(hua)，在此過(guo)程中(zhong)金屬(shu)(shu)(shu)離(li)(li)子溶液也(ye)會在高(gao)溫(wen)下逐步發生熱分解反應得到金屬(shu)(shu)(shu)單質(zhi)。通(tong)過(guo)浸(jin)(jin)漬(zi)-高(gao)溫(wen)熱還(huan)原(yuan)的(de)(de)(de)方法實現石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)層(ceng)(ceng)(ceng)間插層(ceng)(ceng)(ceng)金屬(shu)(shu)(shu)，金屬(shu)(shu)(shu)單質(zhi)生成的(de)(de)(de)過(guo)程與氧化(hua)(hua)石(shi)(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)膜(mo)熱還(huan)原(yuan)的(de)(de)(de)過(guo)程相結合，達到了節省能源(yuan)、簡化(hua)(hua)工藝流程的(de)(de)(de)效果。

41、本發明提供(gong)了一種縱(zong)向高導熱(re)(re)石(shi)墨烯(xi)散熱(re)(re)膜(mo)，通(tong)過石(shi)墨烯(xi)膜(mo)和金屬的(de)復合(he)，實現金屬單質在(zai)石(shi)墨烯(xi)層間的(de)插(cha)層，有效提高石(shi)墨烯(xi)散熱(re)(re)膜(mo)的(de)縱(zong)向導熱(re)(re)性能，彌補(bu)石(shi)墨烯(xi)散熱(re)(re)膜(mo)的(de)短(duan)板。

42、進一步的(de)，可選(xuan)用的(de)金屬(shu)有cu、fe、co、ni，上述金屬(shu)原(yuan)子直(zhi)徑在0.2-0.3nm之(zhi)間(jian)，而氧化石墨烯的(de)層間(jian)距為(wei)0.7-0.9nm，石墨烯層間(jian)距為(wei)0.34nm，均大于(yu)所選(xuan)金屬(shu)原(yuan)子直(zhi)徑，為(wei)金屬(shu)插層提供可能(neng)。