石墨烯导热膜制备方法

技术领域

本发明涉及膜制备方法领域，尤其是石墨烯导热膜制备方法。

背景技术

随着电子器件正走向微型化和多功能化，必然会导致严重的散热问题。要求热管理材料需要具有超高的导热系数，以及超薄和柔韧性，以匹配复杂且高度集成的电力系统，其散热效率已成为一个关键问题，它决定了设备器件的可靠性和稳定性。石墨烯膜由于具有高柔韧性和高导热性，特别是在复杂结构的设备中能有效地扩散局部所产生的热量，因此作为热管理材料具有重要的应用潜力。

目前石墨烯导热膜成型主要有两种方式：其一是利用PI膜做前驱体，经碳化、石墨化工艺处理得到石墨烯导热膜，另一种是利用氧化石墨烯浆料做前驱体，经涂布、烘干、碳化、石墨化以及模压得到石墨烯导热膜。但是这两种方式成型的导热膜厚度≥10um，而随着电子器件越来越趋于小型化，对导热膜厚度也提出更高要求，对于厚度区间250nm~10um，目前成型工艺还难以实现。

发明内容

为了克服现有工艺对厚度250nm~10um导热膜难以成型的不足，本发明提供了石墨烯导热膜制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯导热膜制备方法，该方法的步骤为：

A、将镍箔依次用丙酮、纯水超声清洗，然后用N2吹干；

B、在坩埚中放入粉末状的固态碳源，然后将镍箔水平放在坩埚口，再将耐高温框架水平压在镍箔上，接着整体倒置放入石英管的加热区部位，安装好石英管两端法兰，抽真空至15~35Pa，然后充惰性气体至常压，重复上述操作两次后，打开排气阀门，持续通入氮气和氢气的混合气体，使炉腔处于常压状态，同时打开加热系统进行升温；

C、待炉温升到1050℃~1200℃，保温0.5~8h后降温；

D、取出表面生长有石墨烯的镍箔，将镍箔用稀盐酸腐蚀，然后用纯水将石墨烯膜清洗干净，晾干，得到石墨烯导热膜。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述镍箔厚度为50-150um。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述镍箔厚度为100-150um。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述固态碳源占坩埚容积的40-90%。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述固态碳源占坩埚容积的70-90%。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述固态碳源为炭黑粉末、氧化石墨烯粉末、活性炭粉末、石油焦粉末中的其中一种。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述稀盐酸浓度为1mol/L。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括步骤C中，所述炉温为1100-1150℃。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述步骤C中，所述保温时间为1-5小时。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述步骤A中，所述石墨烯导热膜厚度250nm-10 um，导热系统≥2800w/m.K。

本发明的有益效果是，该发明相比于石墨烯导热膜通常使用的两种成型方法，不仅解决了对于250nm~10um厚度的石墨烯导热膜不易成型的问题，对微电子器件散热具有重要意义，而且无需高温石墨化处理工艺，生产周期短，能耗低，工艺易于扩展。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的坩埚与框架的结构示意图；

图2是本发明的生长的石墨烯膜的拉曼光谱图；

图中1. 坩埚，2. 固态碳源，3. 镍箔，4. 框架。

具体实施方式

图1是本发明的坩埚与框架的结构示意图；图2是本发明的生长的石墨烯膜的拉曼光谱图。

结合附图1和附图2所示，一种石墨烯导热膜制备方法，该方法的步骤为：

A、将镍箔3依次用丙酮、纯水超声清洗，然后用N2吹干；

B、在坩埚1中放入粉末状的固态碳源2，然后将镍箔3水平放在坩埚1口，再将耐高温框架4水平压在镍箔3上，接着整体倒置放入石英管的加热区部位，安装好石英管两端法兰，抽真空至15~35Pa，然后充惰性气体至常压，重复上述操作两次后，打开排气阀门，持续通入氮气和氢气的混合气体，使炉腔处于常压状态，同时打开加热系统进行升温；

C、待炉温升到1050℃~1200℃，保温0.5~8h后降温；

D、取出表面生长有石墨烯的镍箔3，将镍箔3用稀盐酸腐蚀，然后用纯水将石墨烯膜清洗干净，晾干，得到石墨烯导热膜。

实施例一：

A、将厚度120um的镍箔3依次用丙酮、纯水超声清洗，然后用N2吹干；

B、在氧化铝坩埚1中放入占坩埚1容积75%的粉末状的炭黑，然后将镍箔3水平放在氧化铝坩埚1口，再将氧化铝框架4水平压在镍箔3上，接着整体倒置放入石英管的加热区部位，安装好石英管两端法兰，抽真空至15Pa，然后充氮气至常压，重复上述操作两次后，打开排气阀门，持续通入流量为5/0.2SLM的氮气和氢气的混合气体，使炉腔处于常压状态，同时打开加热系统进行升温；

C、待炉温升到1100℃，保温1小时后降温；

D、取出表面生长有石墨烯的镍箔3，将镍箔3用浓度1mol/L的稀盐酸溶液腐蚀，然后用纯水将石墨烯膜清洗干净，晾干，得到石墨烯导热膜。如附图2所示，利用此方法生长的石墨烯厚膜具有明显的石墨化结构的特征信号，I

实施例二：

A、将厚度125um的镍箔3依次用丙酮、纯水超声清洗，然后用N2吹干；

B、在碳化硅坩埚1中放入占坩埚1容积70%的粉末状的氧化石墨烯，然后将镍箔3水平放在碳化硅坩埚1口，再将石墨框架4水平压在镍箔3上，接着整体倒置放入石英管的加热区部位，安装好石英管两端法兰，抽真空至20Pa，然后充氮气至常压，重复上述操作两次后，打开排气阀门，持续通入流量为5/0.2SLM的氮气和氢气的混合气体，使炉腔处于常压状态，同时打开加热系统进行升温；

C、待炉温升到1120℃，保温1.5小时后降温；

D、取出表面生长有石墨烯的镍箔3，将镍箔3用浓度1mol/L的稀盐酸溶液腐蚀，然后用纯水将石墨烯膜清洗干净，晾干，得到石墨烯导热膜。此方法生长的石墨烯膜厚度300nm，另外通过激光热导率测试仪测试得到此方法生长的石墨烯导热膜导热系数为2950W/m.K。

实施例三：

A、将厚度100um的镍箔3依次用丙酮、纯水超声清洗，然后用N2吹干；

B、在氧化铝坩埚1中放入占坩埚1容积80%的粉末状的活性炭，然后将镍箔3水平放在氧化铝坩埚1口，再将石英框架4水平压在镍箔3上，接着整体倒置放入石英管的加热区部位，安装好石英管两端法兰，抽真空至25Pa，然后充氮气至常压，重复上述操作两次后，打开排气阀门，持续通入流量为5/0.2SLM的氮气和氢气的混合气体，使炉腔处于常压状态，同时打开加热系统进行升温；

C、待炉温升到1150℃，保温5小时后降温；

D、取出表面生长有石墨烯的镍箔3，将镍箔3用浓度1mol/L的稀盐酸腐蚀，然后用纯水将石墨烯膜清洗干净，晾干，得到石墨烯导热膜。此方法生长的石墨烯膜厚度10um，另外通过激光热导率测试仪测试得到此方法生长的石墨烯导热膜导热系数为2250W/m.K。

实施例四：

A、将厚度150um的镍箔3依次用丙酮、纯水超声清洗，然后用N2吹干；

B、在石墨坩埚1中放入占坩埚1容积90%的石油焦粉末，然后将镍箔3水平放在石墨坩埚1口，再将石墨框架4水平压在镍箔3上，接着整体倒置放入石英管的加热区部位，安装好石英管两端法兰，抽真空至30Pa，然后充氮气至常压，重复上述操作两次后，打开排气阀门，持续通入流量为5/0.2SLM的氮气和氢气的混合气体，使炉腔处于常压状态，同时打开加热系统进行升温；

C、待炉温升到1135℃，保温3小时后降温；

D、取出表面生长有石墨烯的镍箔3，将镍箔3用浓度1mol/L的稀盐酸溶液腐蚀，然后用纯水将石墨烯膜清洗干净，晾干，得到石墨烯导热膜。此方法生长的石墨烯膜厚度5um，另外通过激光热导率测试仪测试得到此方法生长的石墨烯导热膜导热系数为2450W/m.K。