1.本發明涉及石墨烯技術領域，具體涉及一種超厚石墨烯均熱板及其制備方法、冷卻裝置和電子設備。

背景技術：

2、石墨烯自2004年獲得以來，由于其超高的導熱系數（～/m

·

k)引起了人們的廣泛關注，近年來，基于石墨烯原理的氧化還原反應石墨烯導熱產品的制備方法和產品被開發出來，用于電子產品的散熱。 隨著石墨烯導熱膜技術的發展，石墨烯導熱膜的性能在100μm以下的長度級別上已經超越了上一代常用的人造石墨。 石墨烯導熱產品的下一階段發展是增加長度。 在保持導熱性的基礎上，有望取代電子產品散熱系統中真空室散熱(vc,)、熱管等金屬材料的位置，從而降低成本和重量。

3、目前石墨烯導熱薄膜/板的制備方法主要有涂膠法和熱壓法，如專利CNB公開了涂膠法，將氧化石墨烯涂層涂覆在薄膜上，然后進一步加熱處理及石墨化等步驟，長度約0.05-0.5mm，導熱系數800-/m

·

k 石墨烯散熱膜。 使用這些粘合方法僅限于首先獲得超厚的氧化石墨烯薄膜，因為氧化石墨烯中的含氧雙鍵分布是不規則的，因此氧化石墨烯無法控制薄膜取向，并且在長度方向上的堆積是不規則的進而影響導熱系數。 為了改善這一問題，專利CNA公開了一種疊加多層氧化石墨烯薄膜，然后進行熱處理和石墨化的方法。 為了解決氧化石墨烯膜層之間的結合力問題，在膜中添加氧化石墨烯涂層A共聚物，同時在制作的氧化石墨烯膜上產生尖峰結構，使得各層氧化石墨烯薄膜在粘合劑和機械聯鎖的共同作用下可以生成緊密結合的厚膜，然后進行熱處理和石墨化后，得到長度在120μm至571μm之間的石墨烯導熱薄膜，其導熱系數在855～/m之間

·

k，用作均熱板時其導熱系數一直較高，這可能與豐富的共聚物成分和尖峰結構破壞了石墨烯薄膜的二維取向有關。 如何制備高導熱率的超厚石墨烯薄膜/板（500μm以上）成為業界的難題。

技術實現要素：

4、本發明的目的是提供一種高平面導熱系數石墨烯均熱板的制備方法，可用于制備超厚石墨烯均熱板，從而解決現有的超厚石墨烯均熱板的問題。石墨烯導熱膜/層間結合力不足無法制造。

5、本發明第一方面提供了一種石墨烯均熱板的制備方法，其步驟包括：將氧化石墨烯涂層粘合并干燥后，得到氧化石墨烯薄膜，其中，所述氧化石墨烯涂層不富含粘合劑。 ; 堆疊多層氧化石墨烯薄膜，得到氧化石墨烯層； 將數層氧化石墨烯層用隔板分開堆疊，得到高度為h的堆疊體； 在疊體的頂部設置限位部，限位部的下表面與疊體的上表面的距離在0.5h至1.5h之間； 對堆積體進行熱處理和石墨化處理，使氧化石墨烯層轉變為石墨烯層； 將石墨烯層壓延得到石墨烯均熱板。

6、在一些實施方法中，所述氧化石墨烯薄膜的長度為120μm～480μm； 和/或，張數為100至1000張； 和/或，高度h在1cm至1cm之間。

7、在一些實施方法中，所述氧化石墨烯涂層的固體濃度為3wt.%至10wt.%，和/或，粘度為105至105。

8、在一些實施方法中，上述氧化石墨烯涂層中的氧化石墨烯采用 的方法制備； 和/或，所述涂膠方式選自氣刀涂膠、刮刀涂膠、滾筒涂膠或棒式涂膠中的一種。

9、在一些實施方法中，上述熱處理的溫度為900℃至1100℃，時間為0.5至1h； 保持1小時至3小時； 和/或，上述壓延處理包括：

X

10-3

Pa以下，向所述石墨烯層施加至至之間的壓力。

10、在一些實施方法中，上述堆疊體放置在石墨盒中； 和/或，上述隔斷部為石墨紙； 和/或，上述限位件為石墨板。

11、在一些實施方法中，所述石墨烯均熱板的長度在500μm至4000μm之間。

12、本發明第二方面還提供了一種石墨烯均熱板，由上述制備方法得到，其平面導熱系數在800w/m2之間

·

k 至 /m

·

k; 和/或，其內聚力在0.2n/25mm至0.6n/25mm之間；

13、本發明的第三方面還提供一種散熱裝置，其富含上述的石墨烯均熱板。

14、本發明的第四方面還提供一種富含上述石墨烯均熱板的電子裝置。

15、與現有技術相比，本發明的超厚石墨烯均熱板突破了原有石墨烯導熱膜的長度限制，無需引入額外的粘合，無需改變原有的涂膠和燒制工藝而已。采用化學極限法生產超厚石墨烯均熱板，工藝簡單，成本低，在長度上拓寬了石墨烯均熱板的應用方向，可替代熱管和VC的部分功能同時，散熱部件的重量也急劇增加。

附圖說明

[0024] 圖1為本發明中石墨烯均熱板制備方式的步驟圖；

17.圖2為本發明中堆積體的示意圖；

圖18、圖3為本發明實施例二制備的長度為2000μm的石墨烯均熱板的剖面照片；

19、圖4為本發明實施例六中石墨烯均熱板在手機中的應用示意圖。

20、主要附圖標記說明：

21.10 疊體； 11氧化石墨烯層； 110氧化石墨烯薄膜； 12個分區； 20限制部分； h 高度； d 距離。

具體實施方法

22、下面結合附圖對本發明的具體實施方法進行詳細說明，但是應當理解，本發明的保護范圍并不局限于該具體實施方法。

23. 除非另有明確說明，在整個說明書和權利要求書中，術語“包括”或其變形例如“包含”或“包括”等將被理解為包括所述裝置或部件，并且不排除其他裝置或其他組件。

24、本發明的技術思想是通過涂覆不富含粘結劑的氧化石墨烯涂層來獲得氧化石墨烯薄膜，并將多個氧化石墨烯薄膜堆疊以產生石墨烯堆積體。 大使

采用化學約束方法將石墨烯片粘合，經過壓延后，得到石墨烯平面排列高度定向、平面導熱性、內聚力和伸長硬度優異的石墨烯均熱板。 只有采用本發明的方法才能制備出長度在500μm至4000μm之間的超厚石墨烯均熱板，因為本發明的石墨烯均熱板不含豐富的粘結劑且石墨烯高度取向，因此它具有優異的平面導熱性能，在散熱領域可以替代熱管和VC的部分功能。 特別是，本發明的石墨烯均熱板與金屬散熱部件相比，具有密度低的特點，可以減輕設備的重量，非常適合電子設備（如手機、電腦等）的散熱。在便攜式電子設備上具有重要的應用價值和市場前景。

25.本發明提供一種石墨烯均熱板的制備方法，如圖1和圖2所示，其步驟包括：

26、s101：將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結劑；

27.s102：將多層氧化石墨烯薄膜110堆疊，得到氧化石墨烯層11；

28.s103、將數層氧化石墨烯層用隔板12分離堆疊，得到高度為h的堆疊體10；

29.s104：在堆積體10上方設置限位器20，限位器20的下表面與堆積體10的上表面的距離d在0.5h至1.5h之間；

30.s105、對堆積體10進行熱處理和石墨化處理，使氧化石墨烯層轉變為石墨烯層； 本實施例中，所述熱處理的溫度為900℃至1100℃之間，所述熱處理的溫度為2700℃至3200℃之間； 在熱處理過程中，氧化石墨烯層11會因脫氧還原反應吸熱并釋放大量二氧化碳而形成劇烈的體積膨脹。 只有在層壓板的高度方向上才能膨脹數倍。 在本發明中，我們在疊層上方設置限制器20，以控制疊層10在疊層高度方向上膨脹的空間并控制氧化石墨烯層。 圖11形成適度的膨脹，是因為堆積體10與限位部20之間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結合。 可以獲得具有良好內聚力的石墨烯均熱板；

31.s106：對石墨烯層進行壓延，得到石墨烯均熱板。

32、在一些實施方法中，步驟s101中，控制氧化石墨烯薄膜110的長度在120μm～480μm之間，對應壓延處理后的石墨烯薄膜的長度在20μm～80μm之間，且石墨烯層具有薄且排列的結構。

33、在一些實施方法中，步驟s102中，堆疊100至1000層氧化石墨烯薄膜110，得到超厚石墨烯均熱板（長度超過500μm）。

34、在一些實施方法中，步驟s102中，堆的總高度在1厘米至30厘米之間； 更優選地，10cm至30cm。

35、在一些實施方法中，步驟s101中，氧化石墨烯涂層的固體濃度為3wt.%至10wt.%，和/或，粘度為105至105，有利于生產具有合適粘度的氧化石墨烯涂層。涂膠得到連續均勻的氧化石墨烯薄膜； 其中，涂膠方法包括但不限于氣刀涂膠、刀片涂膠、滾筒涂膠或棒涂膠。

36、在一些實施方法中，步驟s105中：中溫熱處理的時間為0.5～1h； 石墨化處理包括：將電堆在2700℃～3200℃溫度下保溫1h～3h； 步驟s106、壓延工藝包括： 在浮力1中

X

10-3

Pa以下，向所述石墨烯層施加至至之間的壓力。

37、在一些實施方法中，所述堆積體置于石墨盒內，隔斷部分為石墨紙，限位部分為石墨板，

在碳化爐中熱處理后，石墨箱直接轉移到石墨化爐中進行石墨化處理。

38. 實施例1

39、 本實施例提供一種超厚石墨烯均熱板的制備方法，包括步驟：

40.1) 取固形物濃度為4wt.%的氧化石墨烯分散液，用線刀涂膠機涂膠，80℃干燥2小時，切割得到

X

X

幾片氧化石墨烯薄膜； 其中，氧化石墨烯分散液中不添加粘結劑；

41.2)將m片氧化石墨烯薄膜疊成一層，得到氧化石墨烯層； 然后將l層氧化石墨烯層與天然石墨紙分離并堆疊，得到高度為h的堆疊體。 將疊層體裝入石墨盒中，在最下面的氧化石墨烯層上方距離d處放置石墨蓋板； 其中，h=n

×米×

l(氧化石墨烯膜的長度)+l

X

250μm（天然石墨紙長度）；

42.3)將石墨盒放入烘箱中，以0.5℃/min的速率升溫至150℃，除去水分； 結束后，將石墨箱整體轉移至碳化爐中，以5℃/min的升溫速度升溫至t1℃，并保溫。 結束后，將石墨箱轉移至石墨化爐中，以100℃/h的速率升溫至t2℃，保溫1h；

43.4)冷卻后，將得到的超厚石墨烯均熱板放入真空榨油機中，首先將壓延室內的氣壓抽至1

× ?

10-3

pa，施加的壓力，得到的石墨烯均熱板的長度為z。

44、測試所得石墨烯均熱板的平面導熱系數。 測試方法包括：用取樣器在石墨烯均熱板成品上隨機取樣一塊φ25.4mm見方的原片，檢測其長度和質量，并估算得到石墨烯均熱板的密度； 采用激光導熱系數儀（-）檢測平面導熱系數，比熱容選擇通用行業標準0.85j/g/k。

45、石墨烯均溫板各層之間的結合力用內聚力來表征。 粘結力的測試方法為：取干凈的樣品，沿卷繞方向切成25mm*的試條； 將雙面膠帶的一面粘貼在厚板上，雙面膠帶的粘度為8

±

0.5gf； 將測試條貼在雙面膠的另一面，然后用2kg滾筒來回旋轉3次，靜置后測試180

°

剝離力，測試速率為/min，剝離間隔為：30~。 剝離試驗后，合格樣品外觀無明顯變化，無分層、鼓泡、氣泡、皺紋、破損等現象，試驗力值≥3g。

46、石墨烯均熱板伸長硬度的測試方法參考標準-1995（2009）。

47. 實現示例2

48、本實施例采用實施例一中的方法，其中t1=900℃，t2=3200℃，n=120μm，m=100，l=10，得到的疊層高度為13cm。 改變不同的d值，得到的石墨烯均熱板長度z約為2000μm，得到的石墨烯均熱板產品如圖3所示，測試性能如下表1所示：

49. 表1. 不同d值下樣品的測試性能

50. 數 h/cmd/cm 平面導熱系數 λ/(w/m

·

k) 內聚力/(n/25mm) 伸長硬度/(mpa) 2-1135 損傷//2-2138...770..9332-...50..318

51、在熱處理過程中，氧化石墨烯薄膜疊層在膨脹過程中，在上蓋板上形成壓力，施加在氧化石墨烯薄膜疊層上的壓力形成的排斥力促使氧化石墨烯之間更好的結合。電影。 更容易重新排列并產生物理鍵，提高了超厚石墨烯均熱板在垂直方向的結合力。 這一點可以通過內聚力數據得到

由表1可以看出，當d值為5cm（相當于0.38h）時，所得產品出現破損，說明其內聚力不足。 當d減小到8.5cm、13cm、15.5cm和18cm（分別相當于0.65h、h、1.19h和1.38h）時，內聚力值從0.316n/25mm逐漸增加到0.189n/25mm，均為小于0.15n/25mm的標準，滿足產品的合格要求。 可以看出，通過調節d值可以控制產品的內聚力，內聚力的值在0.15n/25mm至0.6n/25mm之間。 石墨烯均熱板具有良好的結合力，能夠滿足實際應用的需要。 其中，當d值為0.65h和h時，平面導熱系數小于1000，表現出優異的導熱性能； 由伸長硬度測試可知，當d值為h時，所得樣品的伸長硬度值最高； 本發明的d值的可選范圍為0.5h至1.5h，綜合導熱系數、平面導熱系數和伸長硬度，更優選的d值范圍為0.65h至h。

52. 示例3

53、本實施例采用實施例一的方法，設置t1=900℃，t2=3200℃，石墨烯均熱板的測試性能如下表2所示：

54. 表2 不同m、n值下樣品的測試性能

[0055] [0056]

由上表2可以看出，氧化石墨烯薄膜的長度越薄，疊加的石墨烯均熱板內石墨烯平面排列越均勻，有利于增強平面導熱系數，石墨烯越薄氧化膜，無法用常規的涂膠方法制備，而且需要疊加的片數也較多。 在實際工藝制造中，需要多次疊加，也容易對薄膜造成損傷，制造難度較大。 因此，步驟1)中氧化石墨烯薄膜長度的變量nμm，優選n在120～300μm之間，優選在不增加導熱系數的情況下寬度最大的氧化石墨烯薄膜。

[0057]

實施例4

[0058]

本實施例采用實施例1中的方法，其中，步驟1)中n=240，步驟2)中m=50，h=25cm，d=25cm，步驟3)中t2=3200°C ； 調節t1的溫度，得到如下表所示的石墨烯均熱板：

[0059]

表3 不同t1值下樣品的測試性能

[0060]

No. t1/℃平面導熱系數 λ/(w/m

·

k)4--

[0061]

由表3結果可以看出，熱處理溫度對平面導熱系數有一定影響，優選

熱處理溫度為900℃～1200℃，更優選為1000℃～1100℃。

[0062]

實施例5

[0063]

本實施例提供一種散熱裝置，采用本發明的石墨烯均熱板，所述石墨烯均熱板的表面設有封裝層，所述封裝層上附著有1-10μm的粘膠層。層。 通過將散熱裝置貼附在熱源表面即可實現散熱效果。 封裝層選自聚合物pi、pet或eva之一。 粘接層采用丙烯酸樹脂或3m膠水。

[0064]

實施例6

[0065]

本實施例提供一種電子設備，為手機，如圖4所示，包括屏幕組件1、本發明的石墨烯均熱板2、4、手機中框3、后蓋5等電子器件。石墨烯均熱板2、4根據需要切割成不規則形狀。 本實施例中，石墨烯均熱板2設置在屏幕組件的左側，石墨烯均熱板4設置在后蓋外側。

[0066]

本發明的電子設備不限于手機，其他使用本發明的石墨烯均熱板進行散熱的電子設備(如筆記本、測試設備等)均在本發明的保護范圍之內。本發明。

[0067]

出于說明和描述的目的而給出了本發明的具體示例性實施例的前述描述。 該描述并不旨在將本發明限制于所公開的精確形式，并且實際上根據以上教導，許多修改和變化是可能的。 選擇并描述示例性實施例的目的是為了解釋本發明的具體原理及其實際應用，以使本領域的技術人員能夠實現和使用本發明的各種示例性實施方案和各種不同的方法。 選擇并改變。 本發明的范圍旨在由權利要求及其等同物限定。

技術特點：

1. 一種石墨烯均熱板的制備方法，其特征在于，所述步驟包括：將所述氧化石墨烯涂層粘合并干燥后，得到氧化石墨烯薄膜，其中，所述氧化石墨烯涂層不富含粘結劑； 將多片氧化石墨烯薄膜堆疊，得到氧化石墨烯層； 用隔板將數層氧化石墨烯層分開堆疊，得到高度為h的堆疊體； 堆垛體上方設有限位部，限位部的下表面與堆積體上表面的距離在0.5h至1.5h之間； 對堆積體進行熱處理和石墨化處理，將氧化石墨烯層轉化為石墨烯層； 將石墨烯層壓延得到石墨烯均熱板。 2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯薄膜的長度為120μm～480μm。 和/或，張數為100至1000張； 和/或，所述高度h在1cm至1cm之間。 3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯涂層的固體濃度為3wt.%～10wt.%，和/或粘度為105～105。 4.根據權利要求1所述的制備方法。 2.權利要求1，其特征在于，所述氧化石墨烯涂料中的氧化石墨烯采用'的方法制備得到； 和/或，所述涂膠的方式選自氣刀涂膠、刀片涂膠、滾筒涂膠或棒涂膠中的一種。 5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理的溫度為900℃～1100℃，時間為0.5～1h。 和/或，所述石墨化處理包括： 將所述堆積體在2700℃至3200℃的氣溫下保溫1h至3h； 和/或，壓延處理包括：

X

10-3

Pa以下，向所述石墨烯層施加至至之間的壓力。 6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述堆積物置于石墨盒中； 和/或，所述隔板為石墨紙； 和/或，所述限位部為石墨板。 7.根據權利要求1至6中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述石墨烯均熱板的長度在500μm至4000μm之間。 8.一種石墨烯均熱板，其采用權利要求1-7任一項所述的制備方法得到，其特征在于，其平面導熱系數在800w/m2之間。

·

k 至 /m

·

k; 和/或，其內聚力在0.2n/25mm至0.6n/25mm之間。 9.一種冷卻裝置，其特征在于，富含根據權利要求8所述的石墨烯均熱板。 10.一種電子裝置，其特征在于，其富含根據權利要求8所述的石墨烯均熱板。

技術概要

本發明公開了一種石墨烯均熱板及其制備方法、散熱裝置和電子設備，其中石墨烯均熱板的制備方法包括以下步驟：將氧化石墨烯涂料涂布并干燥，得到氧化石墨烯薄膜，其中、氧化石墨烯涂層不富含粘結劑； 將數層氧化石墨烯薄膜堆疊，得到氧化石墨烯層； 將幾層氧化石墨烯層隔開并用隔板堆疊，得到高度為H的一堆； 樁的上方設置限位器，限位器的下表面與樁的上表面的距離在0.5H至1.5H之間； 將樁體進行熱處理和石墨化處理； 對石墨烯層進行壓延，得到石墨烯均熱板。 只有采用本發明的制備方法才能獲得超厚的石墨烯均熱板，因為本發明的石墨烯均熱板不含豐富的粘結劑，且石墨烯高度取向，具有優異的平面導熱性能，可以使用用于電子設備領域的散熱。 設備冷卻領域。 設備冷卻領域。

技術開發人員：蔡金明、劉子健、陸健、郭偉華、郝振良

受保護的技術用戶：

技術研發日：2021.12.29

技術公布日期：2022/4/29