一种导热膜及其制备方法与流程

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种导热膜及其制备方法。

背景技术：

随着电子元器件愈来愈朝向高密度集成化方向发展，相关设备热载荷急剧增加，高者已超10000kw，常会导致信号失真，乃至设备结构性破坏等严峻问题“冯林敏，氧化石墨烯制备石墨膜及其导热性能研究，哈尔滨工业大学，2015，1.”。因此，散热问题成为了电子材料领域一个亟待解决的重大基础性问题。

导热膜是解决电子材料散热问题的一种有效途径。石墨烯作为一类新型石墨类二维片状材料，其理论面内热导率远高于碳纳米管和金刚石等碳材料，可高达5300w·m^-1·k^-1，是已知热导率最高的材料“高宏等，一种含有石墨烯的高导热导电胶的制备方法，zl2013101487496”，该类二维材料为制备高导热膜提供了可能。例如，我国科研团队通过微褶皱化大片石墨烯的组装，研发出一种高散热石墨烯膜，该膜面内导热率最高达到2053w·m^-1·k^-1“lipeng，etal，ultrahighthermalconductiveyetsuperflexiblegraphenefilms，adv.mater.2017，29，1700589”。尽管以纯石墨烯为导热膜的研究目前取得了长足进步，但由于石墨烯的化学惰性致使石墨烯片之间仍为物理的堆砌，致使厚度方向的热传导效果普遍不理想，因此材料整体应用性仍受到限制。

作为导电性最好的金属银，也具有金属中最高的热导率(100℃，412w·m^-1·k^-1)。纯金属银材料相比于石墨烯材料面内导热系数(5300w·m^-1·k^-1)较低，再加以价格昂贵，因而难以直接应用于电子材料领域。但是，金属属于各向同性材料。基于此，耦合银和石墨烯的复合为制备面内、厚度方向皆有优良导热性能的导热膜将提供可能。然而，目前由于制备方法的缺乏，该领域研究还不够深入。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的以上问题，提供了一种导热膜及其制备方法，以期获得一种高导热膜材料。

本发明是通过以下方案予以实现的。

本发明导热膜包括石墨烯和银两种组分，制备方法具体步骤为：

1、室温下，按体积比1∶(0.2～5)，将1，2-二甲基咪唑水溶液加入到硝酸银水溶液中，混合均匀后，得到白色乳浊液a。所述1，2-二甲基咪唑水溶液为5～15％，硝酸银水溶液质量分数为5～15％。

2、室温下，将购买的氧化石墨烯水溶液和上述白色乳浊液a混合制得b溶液，将b溶液于(40～50)℃干燥后得到膜c。所述氧化石墨烯水溶液质量分数为2％；所述氧化石墨烯水溶液和a溶液的质量比为50∶(0.5～1)。

3、将膜c浸泡于抗坏血酸水溶液中，室温下反应1h，促使银的生成，而后取出于40℃干燥后得到膜d。所述抗坏血酸水溶液的质量分数为3～10％，所述膜c与抗坏血酸水溶液的质量比为(0.5～1)∶1000。

4、将膜d完全浸渍于氢碘酸溶液中，90℃下反应1h后取出，(40～50)℃干燥后得到膜e，所述氢碘酸溶液的质量分数为45％，所述膜d与氢碘酸水溶液的质量比为(0.5-1)∶1000。

5、氩气气氛中，将膜e于1300℃碳化炉中碳化10h，并在2200℃中石墨化炉中石墨化3h后，促使银的熔融以及在石墨烯片层间的渗透，于300mpa辊压0.5h，即可获得导热膜。

进一步的，所述氧化石墨烯片层直径大于10μm。

更进一步的，所述步骤(1)中：1，2-二甲基咪唑水溶液为5％，硝酸银水溶液质量分数为5％；所述步骤(2)中：氧化石墨烯水溶液和白色乳浊液a的质量比为50∶0.5；所述步骤(3)中：抗坏血酸水溶液的质量分数为3％，所述膜c与抗坏血酸水溶液的质量比为1∶1000；所述步骤(4)中：膜d与氢碘酸水溶液的质量比为0.5∶1000。该种条件下得到的膜材料的厚度方向导热系数可达9.2w·m^-1.k^-1，面内平面可达985w·m^-1·k^-1。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、本发明通过前期银的生成以及后期银的熔融、渗透作用，将银添加至石墨烯膜中，耦合了石墨烯片层和银的面内和厚度方向的各自导热优势，获得了一种高导热膜材料。该膜材料的厚度方向导热系数可达6.8-9.2w·m^-1·k^-1，面内平面可达806-985w·m^-1·k^-1。

2、本发明高导热膜材料，柔性好，可裁剪，呈银灰色，略带金属光泽。同时制备过程工艺简单，合成方便，易规模化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1中获得的导热膜光学照片；

如图1所示，本发明导热膜，柔性好，可裁剪，呈银灰色，略带金属光泽。图中标尺为3cm。

具体实施方式

以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

1、室温下，按体积比1∶0.2，将1，2-二甲基咪唑水溶液加入到硝酸银水溶液中，混合均匀后，得到白色乳浊液a。所述1，2-二甲基咪唑水溶液为5％，硝酸银水溶液质量分数为5％。

2、室温下，将氧化石墨烯水溶液(厂家：智钛纳米)和上述白色乳浊液a混合制得b溶液，将b溶液于(40-50)℃干燥后得到膜c。所述氧化石墨烯水溶液质量分数为2％，氧化石墨烯片层直径大于10μm；所述氧化石墨烯水溶液和a溶液的质量比为50∶0.5。

3、将膜c浸泡于抗坏血酸水溶液中，室温下反应1h，促使银的生成，而后取出于40℃干燥后得到膜d。所述抗坏血酸水溶液的质量分数为3％，所述膜c与抗坏血酸水溶液的质量比为0.5∶1000。

4、将膜d完全浸渍于氢碘酸溶液中，90℃下反应1h后取出，40℃干燥后得到膜e，所述氢碘酸溶液的质量分数为45％，所述膜d与氢碘酸水溶液的质量比为0.5∶1000。

5、氩气气氛中，将膜e于1300℃碳化炉中碳化10h，并在2200℃中石墨化炉中石墨化3h后，促使银的熔融以及在石墨烯片层间的渗透，于300mpa辊压0.5h，即可获得导热膜。

该膜材料的厚度方向导热系数可达6.8w·m^-1·k^-1，面内平面可达806w·m^-1·k^-1。

实施例2

1、室温下，按体积比1∶5，将1，2-二甲基咪唑水溶液加入到硝酸银水溶液中，混合均匀后，得到白色乳浊液a。所述1，2-二甲基咪唑水溶液为5％，硝酸银水溶液质量分数为5％。

2、室温下，将氧化石墨烯水溶液(厂家：智钛纳米)和上述白色乳浊液a混合制得b溶液，将b溶液于50℃干燥后得到膜c。所述氧化石墨烯水溶液质量分数为2％，氧化石墨烯片层直径大于10μm；所述氧化石墨烯水溶液和a溶液的质量比为50∶0.5。

3、将膜c浸泡于抗坏血酸水溶液中，室温下反应1h，促使银的生成，而后取出于40℃干燥后得到膜d。所述抗坏血酸水溶液的质量分数为3％，所述膜c与抗坏血酸水溶液的质量比为1∶1000。

4、将膜d完全浸渍于氢碘酸溶液中，90℃下反应1h后取出，40℃干燥后得到膜e，所述氢碘酸溶液的质量分数为45％，所述膜d与氢碘酸水溶液的质量比为0.5∶1000。

5、氩气气氛中，将膜e于1300℃碳化炉中碳化10h，并在2200℃中石墨化炉中石墨化3h后，促使银的熔融以及在石墨烯片层间的渗透，于300mpa辊压0.5h，即可获得导热膜。

该膜材料的厚度方向导热系数可达9.2w·m^-1·k^-1，面内平面可达985w·m^-1·k^-1。

实施例3

1、室温下，按体积比1∶1，将1，2-二甲基咪唑水溶液加入到硝酸银水溶液中，混合均匀后，得到白色乳浊液a。所述1，2-二甲基咪唑水溶液为15％，硝酸银水溶液质量分数为15％。

2、室温下，将购买的氧化石墨烯水溶液(厂家：智钛纳米)和上述白色乳浊液a混合制得b溶液，将b溶液于50℃干燥后得到膜c。所述氧化石墨烯水溶液质量分数为2％，氧化石墨烯片层直径大于10μm；所述氧化石墨烯水溶液和a溶液的质量比为50∶1。

3、将膜c浸泡于抗坏血酸水溶液中，室温下反应1h，促使银的生成，而后取出于40℃干燥后得到膜d。所述抗坏血酸水溶液的质量分数为10％，所述膜c与抗坏血酸水溶液的质量比为1∶1000。

4、将膜d完全浸渍于氢碘酸溶液中，90℃下反应1h后取出，40℃干燥后得到膜e，所述氢碘酸溶液的质量分数为45％，所述膜d与氢碘酸水溶液的质量比为1∶1000。

5、氩气气氛中，将膜e于1300℃碳化炉中碳化10h，并在2200℃中石墨化炉中石墨化3h后，促使银的熔融以及在石墨烯片层间的渗透，于300mpa辊压0.5h，即可获得导热膜。

该膜材料的厚度方向导热系数可达7.1w·m^-1·k^-1，面内平面可达726w·m^-1·k^-1。

实施例4

1、室温下，按体积比1∶3，将1，2-二甲基咪唑水溶液加入到硝酸银水溶液中，混合均匀后，得到白色乳浊液a。所述1，2-二甲基咪唑水溶液为10％，硝酸银水溶液质量分数为10％。

2、室温下，将购买的氧化石墨烯水溶液(厂家：智钛纳米)和上述白色乳浊液a混合制得b溶液，将b溶液于40℃干燥后得到膜c。所述氧化石墨烯水溶液质量分数为2％，氧化石墨烯片层直径大于10μm；所述氧化石墨烯水溶液和a溶液的质量比为50∶0.7。

3、将膜c浸泡于抗坏血酸水溶液中，室温下反应1h，促使银的生成，而后取出于40℃干燥后得到膜d。所述抗坏血酸水溶液的质量分数为9％，所述膜c与抗坏血酸水溶液的质量比为0.8∶1000。

4、将膜d完全浸渍于氢碘酸溶液中，90℃下反应1h后取出，(40-50)℃干燥后得到膜e，所述氢碘酸溶液的质量分数为45％，所述膜d与氢碘酸水溶液的质量比为0.6∶1000。

5、氩气气氛中，将膜e于1300℃碳化炉中碳化10h，并在2200℃中石墨化炉中石墨化3h后，促使银的熔融以及在石墨烯片层间的渗透，于300mpa辊压0.5h，即可获得导热膜。

该膜材料的厚度方向导热系数可达8.1w·m^-1·k^-1，面内平面可达859w·m^-1·k^-1。

实施例5

1、室温下，按体积比1∶2，将1，2-二甲基咪唑水溶液加入到硝酸银水溶液中，混合均匀后，得到白色乳浊液a。所述1，2-二甲基咪唑水溶液为9％，硝酸银水溶液质量分数为6％。

2、室温下，将购买的氧化石墨烯水溶液(厂家：智钛纳米)和上述白色乳浊液a混合制得b溶液，将b溶液于50℃干燥后得到膜c。所述氧化石墨烯水溶液质量分数为2％，氧化石墨烯片层直径大于10μm；所述氧化石墨烯水溶液和a溶液的质量比为50∶1。

3、将膜c浸泡于抗坏血酸水溶液中，室温下反应1h，取出得到膜d。所述抗坏血酸水溶液的质量分数为3～10％，所述膜c与抗坏血酸水溶液的质量比为1∶1000。

4、将膜d完全浸渍于氢碘酸溶液中，90℃下反应1h后取出，40℃干燥后得到膜e，所述氢碘酸溶液的质量分数为45％，所述膜d与氢碘酸水溶液的质量比为0.9∶1000。

5、氩气气氛中，将膜e于1300℃碳化炉中碳化10h，并在2200℃中石墨化炉中石墨化3h后，促使银的熔融以及在石墨烯片层间的渗透，于300mpa辊压0.5h，即可获得导热膜。

该膜材料的厚度方向导热系数可达7.5w·m^-1·k^-1，面内平面可达882w·m^-1·k^-1。

实施例1-5的样品和银、石墨烯的导热系数对比具体见表1。从表中可见实施例样品耦合了银和石墨烯的优势。

表1实施例样品和银、石墨烯的导热系数