一種石墨烯?金屬復(fù)合片材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于導(dǎo)熱材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯‐金屬復(fù)合片材及其制備方法。該石墨烯‐金屬復(fù)合片材包括石墨烯層、膠黏劑層和金屬層，石墨烯層通過膠黏劑層設(shè)置在金屬層一側(cè)的端面上，為單面金屬的石墨烯‐金屬復(fù)合片材；或者石墨烯層的上下端面上各設(shè)有一層膠黏劑，兩層金屬層分別設(shè)置在石墨烯層的上下端面上設(shè)置膠黏劑層另一端面上，為雙面金屬的石墨烯‐金屬復(fù)合片材。本發(fā)明將純石墨烯粉體與金屬復(fù)合使其既具備優(yōu)良的導(dǎo)熱性能又具有很好的可加工性。該材料可用于手機散熱膜、LED散熱、電腦散熱等，散熱性能優(yōu)于純金屬與其他散熱材料，并且具有可裁切性能與很好的柔韌性。該材料的生產(chǎn)工藝簡單、節(jié)能環(huán)保、應(yīng)用性強、可大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】
一種石墨烯-金屬復(fù)合片材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于導(dǎo)熱材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯-金屬復(fù)合片材及其制備方法。 技術(shù)背景
[0002] 石墨烯在熱力學(xué)方面表現(xiàn)出了其優(yōu)異的性能，自從其誕生的那一刻起，對于單層 石墨烯導(dǎo)熱率的測量問題就一直備受人們的關(guān)注。從分子物理學(xué)的角度對單層的碳原子進(jìn) 行聲子傳播的模擬，得到的石墨烯平均導(dǎo)熱率為6000W/(m · K)，在實驗室中用3 Ω法測得的 石墨烯導(dǎo)熱率也高達(dá)（5000-5500)WAm · K)，而自然界中高效導(dǎo)熱材料銅的導(dǎo)熱率為 386.4W/(m.k)，銀的導(dǎo)熱率為429W/(m · K)，金剛石為1300-2400W/(m · K)。可見，石墨烯的 發(fā)現(xiàn)以及對其導(dǎo)熱系數(shù)的測定，在傳熱學(xué)界引起了很大的震動。石墨烯作為目前世界上已 知材料中導(dǎo)熱性能最好的材料，代表著整個傳熱學(xué)科和傳熱領(lǐng)域的未來。目前，對石墨烯的 研究仍然在如火如荼的進(jìn)行當(dāng)中，人們通過對其結(jié)構(gòu)、性能、制備等方面的深入探討，直接 推動了石墨烯量產(chǎn)時代的到來，那時利用石墨烯的超高強度和韌性、超高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性 能做出來的產(chǎn)品必然能夠帶來一次新的技術(shù)革命。
[0003] -般的石墨烯導(dǎo)熱材料都是加入樹脂或聚合物來提高其附著力、成膜性使其更加 實用，但是加入樹脂或者聚合物會降低石墨烯的導(dǎo)熱性能。本發(fā)明采用了純石墨烯粉不加 任何樹脂或聚合物將其與金屬滾壓的方式制備石墨烯-金屬復(fù)合材料，因為石墨烯層不含 其他物質(zhì)，最大限度的提高了石墨稀 -金屬片材的熱性能，同時金屬層又賦予該導(dǎo)熱材料好 的韌性和可加工性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明目的是提供一種采用了純石墨烯粉不加任何樹脂或聚 合物將其與金屬滾壓的方式制備石墨烯-金屬復(fù)合材料，因為石墨烯層不含其他物質(zhì)，極大 限度的提高了石墨烯-金屬片材的熱性能，同時金屬層又賦予該導(dǎo)熱材料好的韌性和可加 工性。該材料的生產(chǎn)工藝簡單、節(jié)能環(huán)保、應(yīng)用性強、可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種石墨烯-金屬復(fù)合片材，該石墨烯-金屬復(fù)合片材包括 石墨烯層、膠黏劑層和金屬層；
[0006] 其中，所述石墨烯層通過膠黏劑層設(shè)置在所述金屬層一側(cè)的端面上；或所述石墨 烯層的上下端面上各設(shè)有一層膠黏劑黏劑層，兩層所述金屬層分別設(shè)置在所述石墨烯層的 上下端面上設(shè)置膠黏劑層另一端面上。
[0007] 進(jìn)一步，所述金屬層包括銅、鋁、鐵、馬口鐵、銀或錫，所述金屬層的厚度為15_500μ m〇
[0008] 進(jìn)一步，所述，膠黏劑層為導(dǎo)熱膠黏劑。
[0009] 進(jìn)一步，所述石墨稀層為石墨稀粉體;所述石墨稀層厚度為1-100μηι。
[0010] 進(jìn)一步，所述石墨烯粉體包括物理剝離石墨烯、還原氧化石墨烯、氧化石墨烯，石 墨烯的層數(shù)為2-50層，石墨烯的粒徑為50-5000目。
[0011] 本發(fā)明的另一目的是提供上述石墨烯-金屬復(fù)合片材的制備工藝，具體包括以下 步驟：
[0012] 步驟1:選取厚度為15_500μπι的金屬材料作為金屬層，在干凈的金屬材料表面涂敷 一層導(dǎo)熱膠作為膠黏劑層，涂敷厚度為2_50μπι，備用；
[0013] 步驟2:將粒徑為50-5000目的石墨烯粉體置于布粉機的料倉中，用布粉機在經(jīng)步 驟1制備的得到金屬材料涂膠的一面均勻石墨烯粉層，使布粉厚度達(dá)到30-500μπι，將布粉后 的銅箱送入滾壓設(shè)備，壓力200-600噸，線速度2-18m/min，將石墨烯層壓至厚度為10-200μ m，即得到單面金屬的石墨稀-金屬復(fù)合片材。
[0014] 進(jìn)一步，該方法還包括步驟3:再選取厚度為15_500μπι的金屬材料作為金屬層，在 干凈的金屬材料表面涂敷一層導(dǎo)熱膠作為膠黏劑層，涂敷厚度為2_50μπι，與步驟2制備的石 墨稀-金屬復(fù)合片材的石墨稀層的另一面粘接然后通過工業(yè)設(shè)備壓合，壓力為200-600噸， 線速度是2-18m/min，制備得到雙面金屬的石墨稀-金屬復(fù)合片材。
[0015] 進(jìn)一步，所述石墨烯粉體包括物理剝離石墨烯、還原氧化石墨烯、氧化石墨烯，層 數(shù)為2-50層。
[0016]本發(fā)明的有益技術(shù)效果：
[0017] (1)、利用本發(fā)明所述方法將石墨與金屬復(fù)合導(dǎo)熱片層材料，其中石墨烯層為純石 墨烯層，極大的提高了材料的導(dǎo)熱性能。與金屬復(fù)合后相比于普通散熱碳材料相比有更好 的加工性能(如裁切、彎曲等）。
[0018] (2)、本發(fā)明所述方法將石墨與金屬復(fù)合導(dǎo)熱片層材料的生產(chǎn)工藝簡單、節(jié)能環(huán) 保、應(yīng)用性強、可大規(guī)模生產(chǎn)。
[0019] (3)本發(fā)明所述方法將石墨與金屬復(fù)合導(dǎo)熱片層材料可根據(jù)不同的需求制備不同 金屬的復(fù)合材料，根據(jù)實際需求選用單金屬層或雙金屬層材料。
【附圖說明】
[0020] 圖1為單面金屬的石墨稀-金屬復(fù)合片材結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2為雙面金屬的石墨稀-金屬復(fù)合片材結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中：
[0023] 1 ·石墨稀層、2.膠黏劑層、3.金屬層。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明的單面金屬的石墨烯-金屬復(fù)合片材結(jié)構(gòu)示意圖，該石墨烯-金 屬復(fù)合片材包括石墨烯層1、膠黏劑層2和金屬層3;
[0026] 其中，石墨烯層1通過膠黏劑層2設(shè)置在所述金屬層3-側(cè)的端面上。
[0027] 單面金屬的石墨烯-金屬復(fù)合片材的制備工藝，具體包括以下步驟：
[0028] 步驟1:選取厚度為15_500μπι的金屬材料作為金屬層，在干凈的金屬材料表面涂敷 一層導(dǎo)熱膠作為膠黏劑層，涂敷厚度為2_50μπι，備用；
[0029]步驟2:將粒徑為50-5000目的石墨烯粉體置于布粉機的料倉中，用布粉機在經(jīng)步 驟1制備的得到金屬材料涂膠的一面均勻的布石墨烯粉層，使布粉厚度達(dá)到30-500μπι，將布 粉后的銅箱送入滾壓設(shè)備壓合，壓力200-600噸，線速度2-18m/min，將石墨烯層壓至厚度為 10-200μηι，即得到單面金屬的石墨稀-金屬復(fù)合片材。
[0030] 所述金屬層3包括銅、鋁、鐵、馬口鐵、銀或錫，所述金屬層3的厚度為15_500μπι。
[0031] 如圖2所示，本發(fā)明雙面金屬的石墨稀-金屬復(fù)合片材結(jié)構(gòu)示意圖，該石墨稀-金屬 復(fù)合片材包括一層石墨烯層1、2層膠黏劑層2和2層金屬層3;
[0032]石墨烯層1的上下端面上各設(shè)有一層膠黏劑黏劑層2,兩層所述金屬層3分別設(shè)置 在所述石墨烯層1的上下端面上設(shè)置膠黏劑層2另一端面上。
[0033] 雙面金屬的石墨烯-金屬復(fù)合片材的制備工藝，具體包括以下步驟：
[0034] 步驟1:選取厚度為15_500μπι的金屬材料作為金屬層，在干凈的金屬材料表面涂敷 一層導(dǎo)熱膠作為膠黏劑層，涂敷厚度為2_50μπι，備用；
[0035]步驟2:將粒徑為50-5000目的石墨烯粉體置于布粉機的料倉中，用布粉機在經(jīng)步 驟1制備的得到金屬材料涂膠的一面均勻的布石墨烯粉層，使布粉厚度達(dá)到30-500μπι，將布 粉后的材料送入滾壓設(shè)備，壓力200-600噸，線速度2-18m/min，將石墨烯層壓至厚度為10-200μηι，即得到單面金屬的石墨稀-金屬復(fù)合片材；
[0036]步驟3:再選取厚度為15-500μπι的金屬材料作為金屬層，在干凈的金屬材料表面涂 敷一層導(dǎo)熱膠作為膠黏劑層，涂敷厚度為2_50μπι，與步驟2制備的單面金屬的石墨烯-金屬 復(fù)合片材的石墨烯層的另一面粘接然后通過工業(yè)設(shè)備壓合，壓力為200-600噸，線速度是2-18m/min制備雙面金屬的石墨稀-金屬復(fù)合片材。
[0037]所述金屬層3包括銅、鋁、鐵、馬口鐵、銀或錫，所述金屬層3的厚度為15_500μπι。
[0038] 實施例1
[0039 ]單面銅箱的石墨稀-銅箱復(fù)合片材的制備，取厚度為15μηι的銅箱，在干凈的銅箱表 面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為2μπι。用布粉機在銅箱涂膠的一面均勻的布一層物理剝離石 墨烯(物理剝離石墨烯的層數(shù)為2層），石墨烯粒度為50目，布粉厚度為30μπι。將布粉后的銅 箱送入滾壓設(shè)備，壓力600噸，線速度18m/min，壓至25μηι。制備出單面銅箱的石墨稀-銅箱復(fù) 合片材。
[0040] 實施例2
[0041] 雙面銅箱的石墨烯-銅箱復(fù)合片材的法制備，取厚度為30μπι的銅箱，在干凈的銅箱 表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為30μπι。用布粉機在銅箱涂膠的一面均勻的布一層還原氧 化石墨烯(還原氧化石墨烯的片層為5層）、粒度為50目，布粉厚度為500μπι。將布粉后的銅箱 送入滾壓設(shè)備，壓力600噸，線速度18m/min，壓至230μπι。在新的銅箱表面面涂敷一層膠厚度 30μηι，再次與銅箱附有石墨稀的一面壓合，壓力600噸，線速度18m/min銅箱厚度為260μηι。制 備出雙面銅箱的石墨稀-銅箱復(fù)合片材。
[0042] 實施例3
[0043]雙面銅箱的石墨烯-銅箱復(fù)合片材的膠合法制備，取厚度為15μπι的銅箱，在干凈的 銅箱表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為20μπι。用布粉機在銅箱涂膠的一面均勻的布一層氧 化石墨烯(氧化石墨烯的層數(shù)為10層），石墨烯粒度為50目，布粉厚度為200μπι。將布粉后的 銅箱送入滾壓設(shè)備，壓力400噸，線速度10m/min，壓至35μπι。取一塊新銅箱清洗后再一面涂 敷20μπι的膠，與之前制備的石墨烯銅箱的石墨烯一面粘接然后通過工業(yè)設(shè)備壓合，壓力400 噸，線速度l〇m/min。制備出雙面銅箱的石墨稀-銅箱復(fù)合片材。
[0044] 實施例4
[0045] 單面馬口鐵的石墨烯-馬口鐵復(fù)合片材的制備，取厚度為500μπι的銅箱，用丙酮在 干凈的銅箱表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為50μπι。用布粉機在馬口鐵涂膠的一面均勻的 布一層物理剝離石墨烯(物理剝離石墨烯的片層為10層），石墨烯粒度為50目，布粉厚度為 500μπι。將布粉后的銅箱送入滾壓設(shè)備，壓力600噸，線速度2m/min，壓至550μπι。制備出單面 馬口鐵的石墨烯-馬口鐵復(fù)合片材。
[0046] 實施例5
[0047] 單面銅箱的石墨烯-銅箱復(fù)合導(dǎo)熱材料的制備，取厚度為500μπι的銅箱，用丙酮在 干凈的銅箱表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為30μπι。用布粉機在銅箱涂膠的一面均勻的布 一層物理剝離石墨烯(物理剝離石墨烯的層數(shù)為20層），石墨烯粒度為50目，布粉厚度為400 μπι。將布粉后的銅箱送入滾壓設(shè)備，壓力200噸，線速度2m/min，壓至540μηι。制備單面銅箱的 石墨稀-銅箱復(fù)合片材。
[0048] 實施例6
[0049] 單面銅箱的石墨烯-銅箱復(fù)合導(dǎo)熱材料的制備，取厚度為50μπι的銅箱，用丙酮在干 凈的銅箱表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為20μπι。用布粉機在銅箱涂膠的一面均勻的布一 層氧化石墨烯(氧化石墨烯層數(shù)為2層），石墨烯粒度為5000目，布粉厚度為300μπι。將布粉后 的銅箱送入滾壓設(shè)備壓力300噸，線速度10m/min，壓至100μπι。制備出單面銅箱的石墨稀-銅 箱復(fù)合片材。
[0050] 實施例7
[0051] 單面銅箱的石墨烯-銅箱復(fù)合導(dǎo)熱材料的制備，取厚度為50μπι的銅箱，用丙酮在干 凈的銅箱表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為20μπι。用布粉機在銅箱涂膠的一面均勻的布一 層氧化石墨烯(氧化石墨烯層數(shù)為50層），石墨烯粒度為5000目，布粉厚度為500μπι。將布粉 后的銅箱送入滾壓設(shè)備，壓力200噸，線速度8m/min，壓至135μπι。制備出單面銅箱的石墨烯-銅箱復(fù)合片材。
[0052] 實施例8
[0053]單面銅箱的石墨烯-銅箱復(fù)合導(dǎo)熱材料的制備，取厚度為40μπι的銅箱，用丙酮在干 凈的銅箱表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為i〇ym。用布粉機在銅箱涂膠的一面均勻的布一 層氧化石墨烯(氧化石墨烯層數(shù)為25層），石墨烯粒度為400目，布粉厚度為300μπι。將布粉后 的銅箱送入滾壓設(shè)備，壓力300噸，線速度10m/min，壓至70μηι。制備出單面銅箱的石墨稀-銅 箱復(fù)合片材。
[0054] 實施例9
[0055] 單面銅箱的石墨烯-銅箱復(fù)合導(dǎo)熱材料的制備，取厚度為15μπι的銅箱，用丙酮在干 凈的銅箱表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為40μπι。用布粉機在銅箱涂膠的一面均勻的布一 層還原氧化石墨稀(還原氧化石墨稀層數(shù)為2層），石墨稀粒度為50目，布粉厚度為400μηι。將 布粉后的銅箱送入滾壓設(shè)備，壓力600噸，線速度10m/min，壓至60μπι。制備出單面銅箱的石 墨稀-銅箱復(fù)合片材。
[0056] 實施例10
[0057]單面鋁箱的石墨烯-鋁箱復(fù)合導(dǎo)熱材料的制備，取厚度為40μπι的鋁箱，在干凈的鋁 箱表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為40μπι。用布粉機在鋁箱涂膠的一面均勻的布一層還原 氧化石墨烯(還原氧化石墨烯層數(shù)為30層），石墨烯粒度為50目，布粉厚度為400μπι。將布粉 后的銅箱送入滾壓設(shè)備，壓力400噸，線速度10m/min，壓至90μπι。制備出單面鋁箱的石墨烯-鋁箱復(fù)合片材。
[0058] 實施例11
[0059] 單面錫箱的石墨烯-錫箱復(fù)合導(dǎo)熱材料的制備，取厚度為40μπι的錫箱，在干凈的錫 箱表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為30μπι。用布粉機在錫箱涂膠的一面均勻的布一層還原 氧化石墨烯(還原氧化石墨烯層數(shù)為50層），石墨烯粒度為50目，布粉厚度為200μπι。將布粉 后的錫箱送入滾壓設(shè)備，壓力300噸，線速度15m/min，壓至60μπι。制備出單面錫箱的石墨烯-錫箱復(fù)合片材。
[0060] 實施例12
[0061] 單面鐵箱的石墨烯-鐵箱復(fù)合導(dǎo)熱材料的制備，取厚度為30μπι的鐵箱，干凈的鐵箱 表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為20μπι。用布粉機在鐵箱涂膠的一面均勻的布一層物理剝 離石墨烯(物理剝離石墨烯的層數(shù)為50層），石墨烯粒度為50目，布粉厚度為300μπι。將布粉 后的鐵箱送入滾壓設(shè)備，壓力300噸，線速度10m/min，壓至70μπι。制備出單面鐵箱的石墨烯-鐵箱復(fù)合片材。
[0062] 實施例13
[0063] 單面銀箱的石墨烯-銀箱復(fù)合導(dǎo)熱材料的制備，取厚度為ΙΟμπι的銀箱，在干凈的銀 箱表面涂敷一層導(dǎo)熱膠，涂敷厚度為10Μ1。用布粉機在銀箱涂膠的一面均勻的布一層物理 剝離石墨烯(物理剝離石墨烯的層數(shù)為2層），石墨烯粒度為50目，布粉厚度為200μπι。將布粉 后的銀箱送入滾壓設(shè)備，壓力600噸，線速度10m/min，壓至20μπι。制備出單面銀箱箱的石墨 烯-銀箱復(fù)合片材。
[0064] 表1為實施例1-13所得到石墨烯-金屬復(fù)合片材的導(dǎo)熱率：
[0065]熱導(dǎo)率的測試方法為激光閃射法，儀器型號為耐馳LFA467。

【主權(quán)項】
1. 一種石墨稀-金屬復(fù)合片材，其特征在于，該石墨稀-金屬復(fù)合片材包括石墨稀層 (1)、膠黏劑層(2)和金屬層(3); 其中，所述石墨烯層（1)通過膠黏劑層(2)設(shè)置在所述金屬層(3)-側(cè)的端面上;或所述 石墨烯層（1)的上下端面上各設(shè)有一層膠黏劑層(2)，兩層所述金屬層(3)分別設(shè)置在所述 石墨烯層（1)的上下端面上設(shè)置膠黏劑層(2)另一端面上。2. 如權(quán)利要求1或2所述的石墨烯-金屬復(fù)合片材，其特征在于，所述金屬層(3)包括銅、 鋁、鐵、馬口鐵、銀或錫，所述金屬層(3)的厚度為15-500μπι。3. 如權(quán)利要求1或2所述的石墨烯-金屬復(fù)合片材，其特征在于，所述，膠黏劑層(2)為導(dǎo) 熱膠黏劑。4. 如權(quán)利要求1或2所述的石墨烯-金屬復(fù)合片材，其特征在于，所述石墨烯層（1)為石 墨稀粉體;所述石墨稀層(1)厚度為1-lOOwn5. 如權(quán)利要求4所述的石墨烯-金屬復(fù)合片材，其特征在于，所述石墨烯粉體包括物理 剝離石墨烯、還原氧化石墨烯、氧化石墨烯，石墨烯的層數(shù)為2-50層，石墨烯的粒徑為50-5000 目。6. -種如權(quán)利要求1-5任意一項所述的石墨稀-金屬復(fù)合片材的制備工藝，其特征在 于，具體包括以下步驟： 步驟1:選取厚度為15-500μηι的金屬材料作為金屬層，在干凈的金屬材料表面涂敷一層 導(dǎo)熱膠作為膠黏劑層，涂敷厚度為2 - 50μπι，備用； 步驟2:將粒徑為50-5000目的石墨烯粉體置于布粉機的料倉中，用布粉機在經(jīng)步驟1制 備的得到金屬材料涂膠的一面均勻的布石墨烯粉層，使布粉厚度達(dá)到30_500μπι，將布粉后 的金屬材料送入滾壓設(shè)備進(jìn)行壓合，壓力200-600噸，線速度2-18m/min，將石墨稀層壓至厚 度為10-200μηι，即得到單面金屬的石墨稀-金屬復(fù)合片材。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括步驟3:再選取厚度為15 - 500 μπι的金屬材料作為金屬層，在干凈的金屬材料表面涂敷一層導(dǎo)熱膠作為膠黏劑層，涂敷厚 度為2-50μηι，與步驟2制備的石墨稀-金屬復(fù)合片材的石墨稀層的另一面粘接然后通過滾壓 設(shè)備壓合，壓力為200-600噸，線速度是2-18m/min，制備得到雙面金屬的石墨稀-金屬復(fù)合 片材。8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述石墨烯粉體包括物理剝離石墨烯、還原 氧化石墨烯、氧化石墨烯，石墨烯的層數(shù)為2 - 50層。
【文檔編號】B32B7/12GK106079693SQ201610454212
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】何勇, 赫恩龍
【申請人】上海多希石墨烯材料科技有限公司