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石墨烯均热板及其制备方法、散热装置、电子设备及工艺

时间:2023-08-30 09:02:19 点击:255次

1.本发明涉及石墨烯技术领域,具体涉及一种超厚石墨烯均热板及其制备方法、冷却装置和电子设备。

背景技术:

2、石墨烯自2004年获得以来,由于其超高的导热系数(~/m

·

k)引起了人们的广泛关注,近年来,基于石墨烯原理的氧化还原反应石墨烯导热产品的制备方法和产品被开发出来,用于电子产品的散热。 随着石墨烯导热膜技术的发展,石墨烯导热膜的性能在100μm以下的长度级别上已经超越了上一代常用的人造石墨。 石墨烯导热产品的下一阶段发展是增加长度。 在保持导热性的基础上,有望取代电子产品散热系统中真空室散热(vc,)、热管等金属材料的位置,从而降低成本和重量。

3、目前石墨烯导热薄膜/板的制备方法主要有涂胶法和热压法,如专利CNB公开了涂胶法,将氧化石墨烯涂层涂覆在薄膜上,然后进一步加热处理及石墨化等步骤,长度约0.05-0.5mm,导热系数800-/m

·

k 石墨烯散热膜。 使用这些粘合方法仅限于首先获得超厚的氧化石墨烯薄膜,因为氧化石墨烯中的含氧双键分布是不规则的,因此氧化石墨烯无法控制薄膜取向,并且在长度方向上的堆积是不规则的进而影响导热系数。 为了改善这一问题,专利CNA公开了一种叠加多层氧化石墨烯薄膜,然后进行热处理和石墨化的方法。 为了解决氧化石墨烯膜层之间的结合力问题,在膜中添加氧化石墨烯涂层A共聚物,同时在制作的氧化石墨烯膜上产生尖峰结构,使得各层氧化石墨烯薄膜在粘合剂和机械联锁的共同作用下可以生成紧密结合的厚膜,然后进行热处理和石墨化后,得到长度在120μm至571μm之间的石墨烯导热薄膜,其导热系数在855~/m之间

·

k,用作均热板时其导热系数一直较高,这可能与丰富的共聚物成分和尖峰结构破坏了石墨烯薄膜的二维取向有关。 如何制备高导热率的超厚石墨烯薄膜/板(500μm以上)成为业界的难题。

技术实现要素:

4、本发明的目的是提供一种高平面导热系数石墨烯均热板的制备方法,可用于制备超厚石墨烯均热板,从而解决现有的超厚石墨烯均热板的问题。石墨烯导热膜/层间结合力不足无法制造。

5、本发明第一方面提供了一种石墨烯均热板的制备方法,其步骤包括:将氧化石墨烯涂层粘合并干燥后,得到氧化石墨烯薄膜,其中,所述氧化石墨烯涂层不富含粘合剂。 ; 堆叠多层氧化石墨烯薄膜,得到氧化石墨烯层; 将数层氧化石墨烯层用隔板分开堆叠,得到高度为h的堆叠体; 在叠体的顶部设置限位部,限位部的下表面与叠体的上表面的距离在0.5h至1.5h之间; 对堆积体进行热处理和石墨化处理,使氧化石墨烯层转变为石墨烯层; 将石墨烯层压延得到石墨烯均热板。

6、在一些实施方法中,所述氧化石墨烯薄膜的长度为120μm~480μm; 和/或,张数为100至1000张; 和/或,高度h在1cm至1cm之间。

7、在一些实施方法中,所述氧化石墨烯涂层的固体浓度为3wt.%至10wt.%,和/或,粘度为105至105。

8、在一些实施方法中,上述氧化石墨烯涂层中的氧化石墨烯采用 的方法制备; 和/或,所述涂胶方式选自气刀涂胶、刮刀涂胶、滚筒涂胶或棒式涂胶中的一种。

9、在一些实施方法中,上述热处理的温度为900℃至1100℃,时间为0.5至1h; 保持1小时至3小时; 和/或,上述压延处理包括:

X

10-3

Pa以下,向所述石墨烯层施加至至之间的压力。

10、在一些实施方法中,上述堆叠体放置在石墨盒中; 和/或,上述隔断部为石墨纸; 和/或,上述限位件为石墨板

11、在一些实施方法中,所述石墨烯均热板的长度在500μm至4000μm之间。

12、本发明第二方面还提供了一种石墨烯均热板,由上述制备方法得到,其平面导热系数在800w/m2之间

·

k 至 /m

·

k; 和/或,其内聚力在0.2n/25mm至0.6n/25mm之间;

13、本发明的第三方面还提供一种散热装置,其富含上述的石墨烯均热板。

14、本发明的第四方面还提供一种富含上述石墨烯均热板的电子装置。

15、与现有技术相比,本发明的超厚石墨烯均热板突破了原有石墨烯导热膜的长度限制,无需引入额外的粘合,无需改变原有的涂胶和烧制工艺而已。采用化学极限法生产超厚石墨烯均热板,工艺简单,成本低,在长度上拓宽了石墨烯均热板的应用方向,可替代热管和VC的部分功能同时,散热部件的重量也急剧增加。

附图说明

[0024] 图1为本发明中石墨烯均热板制备方式的步骤图;

17.图2为本发明中堆积体的示意图;

石墨板_石墨板是什么材料_石墨板保温板

图18、图3为本发明实施例二制备的长度为2000μm的石墨烯均热板的剖面照片;

19、图4为本发明实施例六中石墨烯均热板在手机中的应用示意图。

20、主要附图标记说明:

21.10 叠体; 11氧化石墨烯层; 110氧化石墨烯薄膜; 12个分区; 20限制部分; h 高度; d 距离。

具体实施方法

22、下面结合附图对本发明的具体实施方法进行详细说明,但是应当理解,本发明的保护范围并不局限于该具体实施方法。

23. 除非另有明确说明,在整个说明书和权利要求书中,术语“包括”或其变形例如“包含”或“包括”等将被理解为包括所述装置或部件,并且不排除其他装置或其他组件。

24、本发明的技术思想是通过涂覆不富含粘结剂的氧化石墨烯涂层来获得氧化石墨烯薄膜,并将多个氧化石墨烯薄膜堆叠以产生石墨烯堆积体。 大使

采用化学约束方法将石墨烯片粘合,经过压延后,得到石墨烯平面排列高度定向、平面导热性、内聚力和伸长硬度优异的石墨烯均热板。 只有采用本发明的方法才能制备出长度在500μm至4000μm之间的超厚石墨烯均热板,因为本发明的石墨烯均热板不含丰富的粘结剂且石墨烯高度取向,因此它具有优异的平面导热性能,在散热领域可以替代热管和VC的部分功能。 特别是,本发明的石墨烯均热板与金属散热部件相比,具有密度低的特点,可以减轻设备的重量,非常适合电子设备(如手机、电脑等)的散热。在便携式电子设备上具有重要的应用价值和市场前景。

25.本发明提供一种石墨烯均热板的制备方法,如图1和图2所示,其步骤包括:

26、s101:将氧化石墨烯涂料涂覆并干燥后,得到氧化石墨烯薄膜110,其中,氧化石墨烯涂料不富含粘结剂;

27.s102:将多层氧化石墨烯薄膜110堆叠,得到氧化石墨烯层11;

28.s103、将数层氧化石墨烯层用隔板12分离堆叠,得到高度为h的堆叠体10;

29.s104:在堆积体10上方设置限位器20,限位器20的下表面与堆积体10的上表面的距离d在0.5h至1.5h之间;

30.s105、对堆积体10进行热处理和石墨化处理,使氧化石墨烯层转变为石墨烯层; 本实施例中,所述热处理的温度为900℃至1100℃之间,所述热处理的温度为2700℃至3200℃之间; 在热处理过程中,氧化石墨烯层11会因脱氧还原反应吸热并释放大量二氧化碳而形成剧烈的体积膨胀。 只有在层压板的高度方向上才能膨胀数倍。 在本发明中,我们在叠层上方设置限制器20,以控制叠层10在叠层高度方向上膨胀的空间并控制氧化石墨烯层。 图11形成适度的膨胀,是因为堆积体10与限位部20之间形成排斥力和反排斥力,可以使氧化石墨烯薄膜110在一定的排斥力下形成结合。 可以获得具有良好内聚力的石墨烯均热板;

31.s106:对石墨烯层进行压延,得到石墨烯均热板。

32、在一些实施方法中,步骤s101中,控制氧化石墨烯薄膜110的长度在120μm~480μm之间,对应压延处理后的石墨烯薄膜的长度在20μm~80μm之间,且石墨烯层具有薄且排列的结构。

33、在一些实施方法中,步骤s102中,堆叠100至1000层氧化石墨烯薄膜110,得到超厚石墨烯均热板(长度超过500μm)。

34、在一些实施方法中,步骤s102中,堆的总高度在1厘米至30厘米之间; 更优选地,10cm至30cm。

35、在一些实施方法中,步骤s101中,氧化石墨烯涂层的固体浓度为3wt.%至10wt.%,和/或,粘度为105至105,有利于生产具有合适粘度的氧化石墨烯涂层。涂胶得到连续均匀的氧化石墨烯薄膜; 其中,涂胶方法包括但不限于气刀涂胶、刀片涂胶、滚筒涂胶或棒涂胶。

36、在一些实施方法中,步骤s105中:中温热处理的时间为0.5~1h; 石墨化处理包括:将电堆在2700℃~3200℃温度下保温1h~3h; 步骤s106、压延工艺包括: 在浮力1中

X

10-3

Pa以下,向所述石墨烯层施加至至之间的压力。

37、在一些实施方法中,所述堆积体置于石墨盒内,隔断部分为石墨纸,限位部分为石墨板

在碳化炉中热处理后,石墨箱直接转移到石墨化炉中进行石墨化处理。

38. 实施例1

39、 本实施例提供一种超厚石墨烯均热板的制备方法,包括步骤:

40.1) 取固形物浓度为4wt.%的氧化石墨烯分散液,用线刀涂胶机涂胶,80℃干燥2小时,切割得到

X

X

几片氧化石墨烯薄膜; 其中,氧化石墨烯分散液中不添加粘结剂;

41.2)将m片氧化石墨烯薄膜叠成一层,得到氧化石墨烯层; 然后将l层氧化石墨烯层与天然石墨纸分离并堆叠,得到高度为h的堆叠体。 将叠层体装入石墨盒中,在最下面的氧化石墨烯层上方距离d处放置石墨盖板; 其中,h=n

×米×

l(氧化石墨烯膜的长度)+l

X

250μm(天然石墨纸长度);

42.3)将石墨盒放入烘箱中,以0.5℃/min的速率升温至150℃,除去水分; 结束后,将石墨箱整体转移至碳化炉中,以5℃/min的升温速度升温至t1℃,并保温。 结束后,将石墨箱转移至石墨化炉中,以100℃/h的速率升温至t2℃,保温1h;

43.4)冷却后,将得到的超厚石墨烯均热板放入真空榨油机中,首先将压延室内的气压抽至1

× ꢀ

10-3

pa,施加的压力,得到的石墨烯均热板的长度为z。

44、测试所得石墨烯均热板的平面导热系数。 测试方法包括:用取样器在石墨烯均热板成品上随机取样一块φ25.4mm见方的原片,检测其长度和质量,并估算得到石墨烯均热板的密度; 采用激光导热系数仪(-)检测平面导热系数,比热容选择通用行业标准0.85j/g/k。

45、石墨烯均温板各层之间的结合力用内聚力来表征。 粘结力的测试方法为:取干净的样品,沿卷绕方向切成25mm*的试条; 将双面胶带的一面粘贴在厚板上,双面胶带的粘度为8

±

0.5gf; 将测试条贴在双面胶的另一面,然后用2kg滚筒来回旋转3次,静置后测试180

°

剥离力,测试速率为/min,剥离间隔为:30~。 剥离试验后,合格样品外观无明显变化,无分层、鼓泡、气泡、皱纹、破损等现象,试验力值≥3g。

46、石墨烯均热板伸长硬度的测试方法参考标准-1995(2009)。

47. 实现示例2

48、本实施例采用实施例一中的方法,其中t1=900℃,t2=3200℃,n=120μm,m=100,l=10,得到的叠层高度为13cm。 改变不同的d值,得到的石墨烯均热板长度z约为2000μm,得到的石墨烯均热板产品如图3所示,测试性能如下表1所示:

49. 表1. 不同d值下样品的测试性能

50. 数 h/cmd/cm 平面导热系数 λ/(w/m

·

k) 内聚力/(n/25mm) 伸长硬度/(mpa) 2-1135 损伤//2-2138...770..9332-...50..318

51、在热处理过程中,氧化石墨烯薄膜叠层在膨胀过程中,在上盖板上形成压力,施加在氧化石墨烯薄膜叠层上的压力形成的排斥力促使氧化石墨烯之间更好的结合。电影。 更容易重新排列并产生物理键,提高了超厚石墨烯均热板在垂直方向的结合力。 这一点可以通过内聚力数据得到

由表1可以看出,当d值为5cm(相当于0.38h)时,所得产品出现破损,说明其内聚力不足。 当d减小到8.5cm、13cm、15.5cm和18cm(分别相当于0.65h、h、1.19h和1.38h)时,内聚力值从0.316n/25mm逐渐增加到0.189n/25mm,均为小于0.15n/25mm的标准,满足产品的合格要求。 可以看出,通过调节d值可以控制产品的内聚力,内聚力的值在0.15n/25mm至0.6n/25mm之间。 石墨烯均热板具有良好的结合力,能够满足实际应用的需要。 其中,当d值为0.65h和h时,平面导热系数小于1000,表现出优异的导热性能; 由伸长硬度测试可知,当d值为h时,所得样品的伸长硬度值最高; 本发明的d值的可选范围为0.5h至1.5h,综合导热系数、平面导热系数和伸长硬度,更优选的d值范围为0.65h至h。

52. 示例3

53、本实施例采用实施例一的方法,设置t1=900℃,t2=3200℃,石墨烯均热板的测试性能如下表2所示:

54. 表2 不同m、n值下样品的测试性能

[0055] [0056]

由上表2可以看出,氧化石墨烯薄膜的长度越薄,叠加的石墨烯均热板内石墨烯平面排列越均匀,有利于增强平面导热系数,石墨烯越薄氧化膜,无法用常规的涂胶方法制备,而且需要叠加的片数也较多。 在实际工艺制造中,需要多次叠加,也容易对薄膜造成损伤,制造难度较大。 因此,步骤1)中氧化石墨烯薄膜长度的变量nμm,优选n在120~300μm之间,优选在不增加导热系数的情况下宽度最大的氧化石墨烯薄膜。

[0057]

实施例4

[0058]

本实施例采用实施例1中的方法,其中,步骤1)中n=240,步骤2)中m=50,h=25cm,d=25cm,步骤3)中t2=3200°C ; 调节t1的温度,得到如下表所示的石墨烯均热板:

[0059]

表3 不同t1值下样品的测试性能

[0060]

No. t1/℃平面导热系数 λ/(w/m

·

k)4--

[0061]

由表3结果可以看出,热处理温度对平面导热系数有一定影响,优选

热处理温度为900℃~1200℃,更优选为1000℃~1100℃。

[0062]

实施例5

[0063]

本实施例提供一种散热装置,采用本发明的石墨烯均热板,所述石墨烯均热板的表面设有封装层,所述封装层上附着有1-10μm的粘胶层。层。 通过将散热装置贴附在热源表面即可实现散热效果。 封装层选自聚合物pi、pet或eva之一。 粘接层采用丙烯酸树脂或3m胶水。

[0064]

实施例6

[0065]

本实施例提供一种电子设备,为手机,如图4所示,包括屏幕组件1、本发明的石墨烯均热板2、4、手机中框3、后盖5等电子器件。石墨烯均热板2、4根据需要切割成不规则形状。 本实施例中,石墨烯均热板2设置在屏幕组件的左侧,石墨烯均热板4设置在后盖外侧。

[0066]

本发明的电子设备不限于手机,其他使用本发明的石墨烯均热板进行散热的电子设备(如笔记本、测试设备等)均在本发明的保护范围之内。本发明。

[0067]

出于说明和描述的目的而给出了本发明的具体示例性实施例的前述描述。 该描述并不旨在将本发明限制于所公开的精确形式,并且实际上根据以上教导,许多修改和变化是可能的。 选择并描述示例性实施例的目的是为了解释本发明的具体原理及其实际应用,以使本领域的技术人员能够实现和使用本发明的各种示例性实施方案和各种不同的方法。 选择并改变。 本发明的范围旨在由权利要求及其等同物限定。

技术特点:

1. 一种石墨烯均热板的制备方法,其特征在于,所述步骤包括:将所述氧化石墨烯涂层粘合并干燥后,得到氧化石墨烯薄膜,其中,所述氧化石墨烯涂层不富含粘结剂; 将多片氧化石墨烯薄膜堆叠,得到氧化石墨烯层; 用隔板将数层氧化石墨烯层分开堆叠,得到高度为h的堆叠体; 堆垛体上方设有限位部,限位部的下表面与堆积体上表面的距离在0.5h至1.5h之间; 对堆积体进行热处理和石墨化处理,将氧化石墨烯层转化为石墨烯层; 将石墨烯层压延得到石墨烯均热板。 2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述氧化石墨烯薄膜的长度为120μm~480μm。 和/或,张数为100至1000张; 和/或,所述高度h在1cm至1cm之间。 3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述氧化石墨烯涂层的固体浓度为3wt.%~10wt.%,和/或粘度为105~105。 4.根据权利要求1所述的制备方法。 2.权利要求1,其特征在于,所述氧化石墨烯涂料中的氧化石墨烯采用'的方法制备得到; 和/或,所述涂胶的方式选自气刀涂胶、刀片涂胶、滚筒涂胶或棒涂胶中的一种。 5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述热处理的温度为900℃~1100℃,时间为0.5~1h。 和/或,所述石墨化处理包括: 将所述堆积体在2700℃至3200℃的气温下保温1h至3h; 和/或,压延处理包括:

X

10-3

Pa以下,向所述石墨烯层施加至至之间的压力。 6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述堆积物置于石墨盒中; 和/或,所述隔板为石墨纸; 和/或,所述限位部为石墨板。 7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述石墨烯均热板的长度在500μm至4000μm之间。 8.一种石墨烯均热板,其采用权利要求1-7任一项所述的制备方法得到,其特征在于,其平面导热系数在800w/m2之间。

·

k 至 /m

·

k; 和/或,其内聚力在0.2n/25mm至0.6n/25mm之间。 9.一种冷却装置,其特征在于,富含根据权利要求8所述的石墨烯均热板。 10.一种电子装置,其特征在于,其富含根据权利要求8所述的石墨烯均热板。

技术概要

本发明公开了一种石墨烯均热板及其制备方法、散热装置和电子设备,其中石墨烯均热板的制备方法包括以下步骤:将氧化石墨烯涂料涂布并干燥,得到氧化石墨烯薄膜,其中、氧化石墨烯涂层不富含粘结剂; 将数层氧化石墨烯薄膜堆叠,得到氧化石墨烯层; 将几层氧化石墨烯层隔开并用隔板堆叠,得到高度为H的一堆; 桩的上方设置限位器,限位器的下表面与桩的上表面的距离在0.5H至1.5H之间; 将桩体进行热处理和石墨化处理; 对石墨烯层进行压延,得到石墨烯均热板。 只有采用本发明的制备方法才能获得超厚的石墨烯均热板,因为本发明的石墨烯均热板不含丰富的粘结剂,且石墨烯高度取向,具有优异的平面导热性能,可以使用用于电子设备领域的散热。 设备冷却领域。 设备冷却领域。

技术开发人员:蔡金明、刘子健、陆健、郭伟华、郝振良

受保护的技术用户:

技术研发日:2021.12.29

技术公布日期:2022/4/29