一種石墨烯?金屬復合片材及其制備方法
【專利摘要】本發明屬于導熱材料領域，具體涉及一種石墨烯‐金屬復合片材及其制備方法。該石墨烯‐金屬復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置在金屬層一側的端面上，為單面金屬的石墨烯‐金屬復合片材；或者石墨烯層的上下端面上各設有一層膠黏劑，兩層金屬層分別設置在石墨烯層的上下端面上設置膠黏劑層另一端面上，為雙面金屬的石墨烯‐金屬復合片材。本發明將純石墨烯粉體與金屬復合使其既具備優良的導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。該材料的生產工藝簡單、節能環保、應用性強、可大規模生產。
【專利說明】
一種石墨烯-金屬復合片材及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于導熱材料領域，具體涉及一種石墨烯-金屬復合片材及其制備方法。 技術背景
[0002] 石墨烯在熱力學方面表現出了其優異的性能，自從其誕生的那一刻起，對于單層 石墨烯導熱率的測量問題就一直備受人們的關注。從分子物理學的角度對單層的碳原子進 行聲子傳播的模擬，得到的石墨烯平均導熱率為6000W/(m · K)，在實驗室中用3 Ω法測得的 石墨烯導熱率也高達（5000-5500)WAm · K)，而自然界中高效導熱材料銅的導熱率為 386.4W/(m.k)，銀的導熱率為429W/(m · K)，金剛石為1300-2400W/(m · K)。可見，石墨烯的 發現以及對其導熱系數的測定，在傳熱學界引起了很大的震動。石墨烯作為目前世界上已 知材料中導熱性能最好的材料，代表著整個傳熱學科和傳熱領域的未來。目前，對石墨烯的 研究仍然在如火如荼的進行當中，人們通過對其結構、性能、制備等方面的深入探討，直接 推動了石墨烯量產時代的到來，那時利用石墨烯的超高強度和韌性、超高的導電和導熱性 能做出來的產品必然能夠帶來一次新的技術革命。
[0003] -般的石墨烯導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熱性能。本發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-金屬復合材料，因為石墨烯層不含 其他物質，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熱材料好 的韌性和可加工性。
【發明內容】
[0004] 為了解決上述問題，本發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-金屬復合材料，因為石墨烯層不含其他物質，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熱材料好的韌性和可加 工性。該材料的生產工藝簡單、節能環保、應用性強、可大規模工業化生產。
[0005] 本發明的技術方案是:一種石墨烯-金屬復合片材，該石墨烯-金屬復合片材包括 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置在所述金屬層一側的端面上；或所述石墨 烯層的上下端面上各設有一層膠黏劑黏劑層，兩層所述金屬層分別設置在所述石墨烯層的 上下端面上設置膠黏劑層另一端面上。
[0007] 進一步，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] 進一步，所述，膠黏劑層為導熱膠黏劑。
[0009] 進一步，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 墨烯的層數為2-50層，石墨烯的粒徑為50-5000目。
[0011] 本發明的另一目的是提供上述石墨烯-金屬復合片材的制備工藝，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，使布粉厚度達到30-500μπι，將布粉后 的銅箱送入滾壓設備，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-金屬復合片材。
[0014] 進一步，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-金屬復合片材的石墨稀層的另一面粘接然后通過工業設備壓合，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-金屬復合片材。
[0015] 進一步，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 數為2-50層。
[0016]本發明的有益技術效果：
[0017] (1)、利用本發明所述方法將石墨與金屬復合導熱片層材料，其中石墨烯層為純石 墨烯層，極大的提高了材料的導熱性能。與金屬復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)、本發明所述方法將石墨與金屬復合導熱片層材料的生產工藝簡單、節能環 保、應用性強、可大規模生產。
[0019] (3)本發明所述方法將石墨與金屬復合導熱片層材料可根據不同的需求制備不同 金屬的復合材料，根據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-金屬復合片材結構示意圖。
[0021 ]圖2為雙面金屬的石墨稀-金屬復合片材結構示意圖。
[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]下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。
[0025] 如圖1所示，本發明的單面金屬的石墨烯-金屬復合片材結構示意圖，該石墨烯-金 屬復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設置在所述金屬層3-側的端面上。
[0027] 單面金屬的石墨烯-金屬復合片材的制備工藝，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，使布粉厚度達到30-500μπι，將布 粉后的銅箱送入滾壓設備壓合，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，本發明雙面金屬的石墨稀-金屬復合片材結構示意圖，該石墨稀-金屬 復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的上下端面上各設有一層膠黏劑黏劑層2,兩層所述金屬層3分別設置 在所述石墨烯層1的上下端面上設置膠黏劑層2另一端面上。
[0033] 雙面金屬的石墨烯-金屬復合片材的制備工藝，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，使布粉厚度達到30-500μπι，將布 粉后的材料送入滾壓設備，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 復合片材的石墨烯層的另一面粘接然后通過工業設備壓合，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 合片材。
[0040] 實施例2
[0041] 雙面銅箱的石墨烯-銅箱復合片材的法制備，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-銅箱復合片材。
[0042] 實施例3
[0043]雙面銅箱的石墨烯-銅箱復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設備壓合，壓力400 噸，線速度l〇m/min。制備出雙面銅箱的石墨稀-銅箱復合片材。
[0044] 實施例4
[0045] 單面馬口鐵的石墨烯-馬口鐵復合片材的制備，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-馬口鐵復合片材。
[0046] 實施例5
[0047] 單面銅箱的石墨烯-銅箱復合導熱材料的制備，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-銅箱復合片材。
[0048] 實施例6
[0049] 單面銅箱的石墨烯-銅箱復合導熱材料的制備，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 箱復合片材。
[0050] 實施例7
[0051] 單面銅箱的石墨烯-銅箱復合導熱材料的制備，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-銅箱復合片材。
[0052] 實施例8
[0053]單面銅箱的石墨烯-銅箱復合導熱材料的制備，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 箱復合片材。
[0054] 實施例9
[0055] 單面銅箱的石墨烯-銅箱復合導熱材料的制備，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-銅箱復合片材。
[0056] 實施例10
[0057]單面鋁箱的石墨烯-鋁箱復合導熱材料的制備，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-鋁箱復合片材。
[0058] 實施例11
[0059] 單面錫箱的石墨烯-錫箱復合導熱材料的制備，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-錫箱復合片材。
[0060] 實施例12
[0061] 單面鐵箱的石墨烯-鐵箱復合導熱材料的制備，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-鐵箱復合片材。
[0062] 實施例13
[0063] 單面銀箱的石墨烯-銀箱復合導熱材料的制備，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-銀箱復合片材。
[0064] 表1為實施例1-13所得到石墨烯-金屬復合片材的導熱率：
[0065]熱導率的測試方法為激光閃射法，儀器型號為耐馳LFA467。
【主權項】
1. 一種石墨稀-金屬復合片材，其特征在于，該石墨稀-金屬復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)設置在所述金屬層(3)-側的端面上;或所述 石墨烯層（1)的上下端面上各設有一層膠黏劑層(2)，兩層所述金屬層(3)分別設置在所述 石墨烯層（1)的上下端面上設置膠黏劑層(2)另一端面上。2. 如權利要求1或2所述的石墨烯-金屬復合片材，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. 如權利要求1或2所述的石墨烯-金屬復合片材，其特征在于，所述，膠黏劑層(2)為導 熱膠黏劑。4. 如權利要求1或2所述的石墨烯-金屬復合片材，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. 如權利要求4所述的石墨烯-金屬復合片材，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，石墨烯的層數為2-50層，石墨烯的粒徑為50-5000 目。6. -種如權利要求1-5任意一項所述的石墨稀-金屬復合片材的制備工藝，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，使布粉厚度達到30_500μπι，將布粉后 的金屬材料送入滾壓設備進行壓合，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-金屬復合片材。7. 根據權利要求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-金屬復合片材的石墨稀層的另一面粘接然后通過滾壓 設備壓合，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-金屬復合 片材。8. 如權利要求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