轻质柔性高导热纳米碳复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种轻质柔性高导热纳米碳复合膜及其制备方法；所述纳米碳复合膜包括若干复合单元，所述复合单元依次铺层；所述复合单元包括柔性粘结层和石墨烯膜层，所述柔性粘结层设置在石墨烯膜层的两侧。其制备方法包括将复合单元依次铺层后热压处理得到。本发明专利技术制备的纳米碳复合膜具有高导热、轻质、柔性的特点，其面内热导率达500W/m·K以上，密度低于2.0g/cm3，并且该纳米碳复合膜经过180°反复弯折50次后热导率仍高于500W/m·K，且表面无石墨烯剥落现象。在卫星通信、地球观测、深空探测、民用电子器件等领域具有非常广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米碳复合膜的制备方法，尤其涉及一种轻质柔性高导热纳米碳复合膜及其制备方法。
技术介绍
随着电子系统向高集成、高速化、高功率方向发展，热能管理问题愈发突出，发展轻质高导热材料成为解决这一问题的技术关键，国防和国民经济领域需求迫切。以空间科学技术为例，自上世纪60年代中期以来，卫星通信技术、空间探索、地球观测等技术飞速发展，对于卫星的分辨率、精度的要求与日俱增。对于高分辨率、高精度卫星，再微小的热形变也会对整个卫星的性能产生巨大影响。然而，随着新一代卫星的发展，星载单机和电子原件的功率大幅提升，传输电能过程中产生较大热量，同时卫星空间环境处于高低温反复交变的恶劣热环境中，这对热控材料提出了更加苛刻的要求，需要有更加快速、稳定、轻质、柔性的导热材料来保证热分散均匀，并且不产生额外应力能够保持卫星载荷的尺寸稳定性，从而实现卫星的姿态稳定性和搭载设备的高精度指向。近年来，新型碳材料的发展为轻质、柔性高导热材料开辟了新的方向。单层无缺陷的石墨沿(002)晶面的热导率理论值可达4180W/m·K，实测值达2000W/m·K，加之良好的力学性能、低膨胀系数、低密度、耐高低温、耐腐蚀和良好的导电性能，引起广泛关注。由其构成的宏观石墨烯膜材料显示出优异的导热性，成为导热材料研究与应用的新热点。然而，石墨烯膜的柔性较差、使用过程中存在易于剥落的问题，且当石墨烯膜的厚度较大时很难弯曲，因此在实际应用过程中受到限制。近年来，一些技术通过在石墨烯片层间引入聚合物来提高其柔性，但是很难解决石墨片层易于剥落的问题。此外，还有一些技术通过树脂在石墨烯膜表面进行包覆来解决剥落的问题，然而树脂与石墨烯膜的粘结性能较差。因此，迫切需要一种制备轻质柔性高导热膜的技术。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种轻质柔性高导热纳米碳复合膜及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种轻质柔性高导热纳米碳复合膜，包括若干复合单元，所述复合单元依次铺层；所述复合单元包括柔性粘结层和石墨烯膜层，所述柔性粘结层设置在石墨烯膜层的两侧。优选地，所述石墨烯膜层由1～5层石墨烯组成，所述石墨烯膜层厚度为1～100μm。优选地，所述柔性粘结层的厚度为0.5～4μm。优选地，所述柔性粘结层包括碳纳米管膜/树脂预浸体、碳纳米管/树脂浆料中的至少一种。优选地，所述树脂包括环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚乙烯、聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氨酯中的一种或多种的混合。优选地，所述的碳纳米管膜/树脂预浸体中树脂含量为20wt％～40wt％。优选地，所述的碳纳米管/树脂浆料中碳纳米管的含量为0.02wt％～5wt％。优选地，所述碳纳米管膜包括几十到几百层100nm的碳纳米管薄膜单元，所述的碳纳米管薄膜单元中的碳纳米管相互交叉形成网络结构。优选地，所述纳米碳复合膜上设置有固定段和柔性段；所述固定段的复合单元之间紧密贴覆，柔性段的复合单元之间设置有空隙。本专利技术还提供了一种轻质柔性高导热纳米碳复合膜的制备方法，包括以下步骤：制备柔性粘结层，将柔性粘结层铺敷或涂覆在石墨烯膜层的两侧，形成复合单元；将复合单元依次铺层，在柔性段处，每层复合单元之间插入一层聚四氟乙烯薄膜进行隔离；将铺层好的复合单元用真空袋进行加热、加压成型，成型结束后将聚四氟乙烯薄膜取出，即得所述纳米碳复合膜。优选地，所述聚四氟乙烯薄膜的厚度为10～30μm。优选地，所述柔性粘结层为碳纳米管膜/树脂预浸体时，其制备方法包括以下步骤：将树脂溶于溶剂中制备成一定浓度的树脂溶液，将碳纳米管膜放入树脂溶液中浸渍30～60min，取出后烘干得到。更优选地，所述碳纳米管膜采用化学气相沉积浮动方法进行制备。更优选地，溶剂为乙醇、丙酮、苯、甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或者两种以上的混合。更优选地，所述烘干温度要低于树脂的凝胶温度(热固性树脂)或者热分解温度(热塑性树脂)。为了提高树脂溶液中树脂的挥发速率可将浸渍后的碳纳米管膜放于真空烘箱中。优选地，所述柔性粘结层为碳纳米管/树脂浆料时，其制备方法包括以下步骤：将碳纳米管与树脂混合，搅拌形成混合液后进行分散处理得到碳纳米管分散液，用溶剂对碳纳米管分散液进行稀释，即得。更优选地，所述分散处理的方法包括超声震荡、超声破碎、三辊研磨中的一种或者多种。更优选地，溶剂为乙醇、丙酮、苯、甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或者两种以上的混合。本专利技术制备的的纳米碳复合膜，具有高导热、轻质、柔性的特点，其面内热导率达500W/m·K以上，密度低于2.0g/cm3，并且该纳米碳复合膜经过180o反复弯折50次后热导率仍高于500W/m·K，且表面无石墨烯剥落现象。本专利技术制备的纳米碳复合膜具有高导热、轻质与柔性的特性，在卫星导热部件、民用电子器件等领域具有非常广阔的应用前景。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术采用商业化石墨烯膜作为高导热体，通过简单易行的技术实现柔性并克服石墨烯膜易于剥落的问题，因而本专利技术易于大范围推广。本专利技术采用碳纳米管膜/树脂预浸体或者碳纳米管/树脂浆料作为粘结层，其中的碳纳米管能够进一步改善树脂与石墨烯膜的粘结性能。本专利技术涉及的纳米碳膜同时具有高导热、轻质、柔性的特点。本专利技术涉及的纳米碳膜厚度不受限制，可以根据散热通量的要求进行厚度调控，其厚度可以达到2mm以上。本专利技术涉及的纳米碳膜包括固定段和柔性段两部分，固定段方便与热源、冷端部件连接，柔性段使连接后热源与冷端部件不具有应力。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的轻质柔性高导热纳米碳复合膜结构图；其中，1-柔性粘结层；2-石墨烯膜层；3-柔性段；4-固定段。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。下述实施例提供了一种轻质柔性高导热纳米碳复合膜，如图1所示，包括若干复合单元，所述复合单元依次铺层；所述复合单元包括柔性粘结层1和石墨烯膜层2，所述柔性粘结层1设置在石墨烯膜层2的两侧。所述石墨烯膜层2由1～5层石墨烯组成，厚度为1～100μm。所述柔性粘结层1的厚度为0.5～4μm。所述柔性粘结层1包括碳纳米管膜/树脂预浸体、碳纳米管/树脂浆料中的至少一种。所述树脂包括环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚乙烯、聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氨酯中的一种或多种的混合。所述的碳纳米管膜/树脂预浸体中树脂含量为20wt％～40wt％。所述的碳纳米管/树脂浆料中碳纳米管的含量为0.02wt％～5wt％。所述碳纳米管膜包括几十到几百层100nm的碳纳米管薄膜单元，所述的碳纳米管薄膜单元中的碳纳米管相互交叉形成网络结构。所述纳米碳复合膜上设置有柔性段3和固定段4；所述柔性段3的复合单元之间设置有空隙，固定段4的复合单元之间紧密贴覆。下述实施例还提供了一种轻质柔性高导热纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻质柔性高导热纳米碳复合膜，其特征在于，包括若干复合单元，所述复合单元依次铺层；所述复合单元包括柔性粘结层和石墨烯膜层，所述柔性粘结层设置在石墨烯膜层的两侧。

【技术特征摘要】
1.一种轻质柔性高导热纳米碳复合膜，其特征在于，包括若干复合单元，所述复合单元依次铺层；所述复合单元包括柔性粘结层和石墨烯膜层，所述柔性粘结层设置在石墨烯膜层的两侧。2.如权利要求1所述的轻质柔性高导热纳米碳复合膜，其特征在于，所述石墨烯膜层由1～5层石墨烯组成，所述石墨烯膜层厚度为1～100μm。3.如权利要求1所述的轻质柔性高导热纳米碳复合膜，其特征在于，所述柔性粘结层的厚度为0.5～4μm。4.如权利要求1所述的轻质柔性高导热纳米碳复合膜，其特征在于，所述柔性粘结层包括碳纳米管膜/树脂预浸体、碳纳米管/树脂浆料中的至少一种。5.如权利要求4所述的轻质柔性高导热纳米碳复合膜，其特征在于，所述树脂包括环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚乙烯、聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氨酯中的一种或多种的混合。6.如权利要求4所述的轻质柔性高导热纳米碳复合膜，其特征在于，所述的碳纳米管膜/树脂预浸体中树脂含量为20wt％...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘千立，沈峰，王晓蕾，郝旭峰，田杰，
申请(专利权)人：上海复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31