一種石墨烯基導(dǎo)熱片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種石墨烯基導(dǎo)熱片，包括絕緣層、石墨烯層、導(dǎo)熱基底和導(dǎo)熱膠層，在導(dǎo)熱膠層的兩側(cè)由內(nèi)向外依次為導(dǎo)熱基底、石墨烯層和絕緣層，其中，所述導(dǎo)熱膠層中分布有碳纖維。本發(fā)明的導(dǎo)熱片導(dǎo)熱系數(shù)高，熱量可迅速分布均勻，附加石墨烯薄膜的導(dǎo)熱基底更加堅(jiān)固，防腐蝕，耐氧化，延長(zhǎng)電源及設(shè)備的使用壽命，其體積小，所占空間有限，適用于高密度排列的電池組加熱和散熱的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種石墨烯基導(dǎo)熱片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電源熱管理領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯基導(dǎo)熱片。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步，電子器件、設(shè)備等都朝著體積小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊的方向發(fā)展。汽車的動(dòng)力電池也不例外。而動(dòng)力電池尤其是磷酸鐵鋰電池往往由多個(gè)電池塊串聯(lián)并聯(lián)組裝成電池組，電池塊與電池塊之間留有罅隙用以加熱或散熱，以便汽車不論在嚴(yán)寒環(huán)境還是酷熱環(huán)境中都能夠照常運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，電源發(fā)出的熱量以及加熱片的熱量如不及時(shí)轉(zhuǎn)移散出，將會(huì)出現(xiàn)局部過(guò)熱，引起電池性能穩(wěn)定性下降，電源及設(shè)備壽命減少，甚至嚴(yán)重還會(huì)出現(xiàn)冒煙、燃燒、爆炸等危險(xiǎn)情況。因此，電源的熱管理顯得至關(guān)重要。良好的電源熱管理是設(shè)備器件正常運(yùn)行的必要條件，而散熱導(dǎo)熱迅速是優(yōu)良的電源熱管理的基本條件之一。
[0003]石墨烯是一種由碳原子組成的以sp2雜化呈蜂窩狀六邊形結(jié)構(gòu)的二維平面薄膜，是目前世界上最薄卻又最硬的納米薄膜材料，它具有極高的平面導(dǎo)熱系數(shù)(5300W/m.K)。而常用的金屬散熱介質(zhì)為鋁和銅兩種金屬，它們的熱傳導(dǎo)系數(shù)分別為226 W/m*K和412 W/m.K0


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有金屬散熱介質(zhì)的不足，提供一種石墨烯基導(dǎo)熱片。
[0005]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下:
一種石墨烯基導(dǎo)熱片，包括絕緣層、石墨烯層、導(dǎo)熱基底和導(dǎo)熱膠層，在導(dǎo)熱膠層的兩側(cè)由內(nèi)向外依次為導(dǎo)熱基底、石墨烯層和絕緣層，其中，所述導(dǎo)熱膠層中分布有碳纖維。
[0006]進(jìn)一步，所述導(dǎo)熱膠層設(shè)有電極片，所述電極片與導(dǎo)熱膠層中的碳纖維接觸。
[0007]進(jìn)一步，所述導(dǎo)熱膠層為環(huán)氧樹(shù)脂膠、有機(jī)硅導(dǎo)熱膠、聚氨酯膠或?qū)峁枘z。
[0008]進(jìn)一步，所述導(dǎo)熱膠層的厚度為50-300微米。
[0009]進(jìn)一步，所述導(dǎo)熱基底為Cu、Al、N1、鐵、六方氮化硼、氮化鈹或碳化娃。
[0010]上述石墨烯基導(dǎo)熱片的制備方法，包括如下步驟:
(1)在生長(zhǎng)有石墨烯的導(dǎo)熱基底上涂覆導(dǎo)熱膠，得到石墨烯/導(dǎo)熱基底/導(dǎo)熱膠；
(2)在石墨烯/導(dǎo)熱基底/導(dǎo)熱膠的導(dǎo)熱膠上分布碳纖維，然后與另一片石墨烯/導(dǎo)熱基底/導(dǎo)熱膠貼合，得到石墨烯/導(dǎo)熱基底/導(dǎo)熱膠/導(dǎo)熱基底/石墨烯；
(3)再向石墨烯表面涂覆絕緣膠，得到石墨烯基導(dǎo)熱片。
[0011]進(jìn)一步，步驟(2)先在導(dǎo)熱膠的邊緣設(shè)置與碳纖維接觸的電極片，然后再與另一片石墨烯/導(dǎo)熱基底/導(dǎo)熱膠貼合。
[0012]進(jìn)一步，碳纖維的覆蓋率為30-60%。
[0013]本發(fā)明采用在金屬散熱介質(zhì)上附加石墨烯，通過(guò)石墨烯快速高效導(dǎo)熱彌補(bǔ)介質(zhì)導(dǎo)熱能力的不足來(lái)提高襯底的導(dǎo)熱性能，及時(shí)轉(zhuǎn)移并分散熱量，消除傳熱過(guò)程中的溫度梯度，快速達(dá)到熱平衡，防止電池局部過(guò)熱，具有以下優(yōu)點(diǎn): 1、本發(fā)明導(dǎo)熱片的導(dǎo)熱系數(shù)高，熱量可迅速分布均勻。
[0014]2、附加石墨烯薄膜的導(dǎo)熱基底更加堅(jiān)固，防腐蝕，耐氧化，延長(zhǎng)電源及設(shè)備的使用壽命O
[0015]3、本發(fā)明的導(dǎo)熱片體積小，所占空間有限，適用于高密度排列的電池組加熱或散熱的問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明所述石墨烯基導(dǎo)熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。其中:1、絕緣層；2、石墨烯層；3、導(dǎo)熱基底；4、導(dǎo)熱膠層；5、碳纖維；6、電極片。

【具體實(shí)施方式】
[0017]為了詳細(xì)敘述本發(fā)明的上述特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]可通過(guò)現(xiàn)有CVD法在導(dǎo)熱基底上制得的大面積高質(zhì)量的單層及多層石墨烯。所述的CVD法包括高壓化學(xué)氣相沉積法(HPCVD)、中壓化學(xué)氣相沉積法(MPCVD)和低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)。
[0019]實(shí)施例1
以厚度為15微米的Cu箔為生長(zhǎng)襯底，分別經(jīng)過(guò)去離子水、乙醇、丙酮、去離子水超聲清洗后，于60°C下烘干后置于CVD爐體加熱中心處。以甲烷為碳源，氫氣為輔助氣體，甲烷和氫氣的比例為5: 1，生長(zhǎng)溫度為1000 °C，生長(zhǎng)時(shí)間為30min，以5min/°C的降溫速度進(jìn)行降溫，生長(zhǎng)氣壓為5000Pa，所得石墨烯為一層。
[0020]將生長(zhǎng)完石墨烯的銅箔經(jīng)壓模機(jī)壓平整后，再向銅箔(作為導(dǎo)熱基底)表面涂覆環(huán)氧樹(shù)脂AB膠，涂覆速度為30m/min，導(dǎo)熱膠的厚度為100微米，同時(shí)制作兩片。將碳纖維均勻地灑落在其中一片的導(dǎo)熱膠表面，膠表面上碳纖維的覆蓋率為50%，然后將8X20mm的小長(zhǎng)方形厚度為15微米銅片(作為電極片，通過(guò)電極引線可與外接電源相接，從而可以實(shí)現(xiàn)加熱的功能)放置于導(dǎo)熱膠兩側(cè)，并與碳纖維絲連接良好，接著再將另一片的導(dǎo)熱膠與上述分布有碳纖維的導(dǎo)熱膠進(jìn)行貼合，貼合溫度為180°C，貼合后，再向處在外側(cè)的石墨烯表面經(jīng)涂覆機(jī)涂覆絕緣膠，80°C下烘烤lOmin，即得到石墨烯基導(dǎo)熱片，結(jié)構(gòu)如圖1所示，其導(dǎo)熱系數(shù)為603W/m.Ko
[0021]實(shí)施例2
將25微米的銅箔分別經(jīng)過(guò)去離子水、乙醇、丙酮、去離子水超聲清洗后，于60°C下烘干。以純度為99.99%的鎳為靶材，通過(guò)磁控濺射的方法在處理好的銅箔上濺射一層鎳，濺射電流為3A，濺射時(shí)間為30min，濺射鎳的厚度為500nm左右。將濺射了鎳層的銅箔放入CVD管式爐加熱中心處，以甲烷為碳源，氫氣為輔助氣體，甲烷和氫氣的比例為1:1，生長(zhǎng)溫度為1020°C，生長(zhǎng)時(shí)間為30min，以5min/°C的降溫速度進(jìn)行降溫，生長(zhǎng)氣壓為lOOOOPa，得到的石墨稀為5層。
[0022]將生長(zhǎng)完石墨烯的銅箔經(jīng)壓模機(jī)壓平整后，再向銅箔表面經(jīng)涂覆機(jī)涂覆環(huán)氧樹(shù)脂AB膠，涂覆速度為30m/min，膠的厚度為100微米，同時(shí)制作兩片。將碳纖維均勾地灑落在其中一片的導(dǎo)熱膠表面，碳纖維的覆蓋率為50%，然后將8 X 20mm的小長(zhǎng)方形厚度為15微米銅片放置于導(dǎo)熱膠兩側(cè)，并與碳纖維保持連接良好，接著再將另一片的導(dǎo)熱膠與上述分布有碳纖維的導(dǎo)熱膠進(jìn)行貼合，貼合溫度為180°C，貼合后，再向處在外側(cè)的石墨烯表面經(jīng)涂覆機(jī)涂覆絕緣膠，80°C下烘烤lOmin，即得到石墨烯基導(dǎo)熱片，其導(dǎo)熱系數(shù)為894W/m.K。
[0023]最后需要說(shuō)明的是，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯基導(dǎo)熱片，包括絕緣層、石墨烯層、導(dǎo)熱基底和導(dǎo)熱膠層，在導(dǎo)熱膠層的兩側(cè)由內(nèi)向外依次為導(dǎo)熱基底、石墨烯層和絕緣層，其中，所述導(dǎo)熱膠層中分布有碳纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基導(dǎo)熱片，其特征在于，所述導(dǎo)熱膠層設(shè)有電極片，所述電極片與導(dǎo)熱膠層中的碳纖維接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基導(dǎo)熱片，其特征在于，所述導(dǎo)熱膠層為環(huán)氧樹(shù)脂膠、有機(jī)硅導(dǎo)熱膠、聚氨酯膠或?qū)峁枘z。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基導(dǎo)熱片，其特征在于，所述導(dǎo)熱膠層的厚度為50-300 微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基導(dǎo)熱片，其特征在于，所述導(dǎo)熱基底為Cu、Al、N1、鐵、六方氮化硼、氮化鈹或碳化硅。
6.權(quán)利要求1所述石墨烯基導(dǎo)熱片的制備方法，包括如下步驟: (1)在生長(zhǎng)有石墨烯的導(dǎo)熱基底上涂覆導(dǎo)熱膠，得到石墨烯/導(dǎo)熱基底/導(dǎo)熱膠； (2)在石墨烯/導(dǎo)熱基底/導(dǎo)熱膠的導(dǎo)熱膠上分布碳纖維，然后與另一片石墨烯/導(dǎo)熱基底/導(dǎo)熱膠貼合，得到石墨烯/導(dǎo)熱基底/導(dǎo)熱膠/導(dǎo)熱基底/石墨烯； (3)再向石墨烯表面涂覆絕緣膠，得到石墨烯基導(dǎo)熱片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)先在導(dǎo)熱膠的邊緣設(shè)置與碳纖維接觸的電極片，然后再與另一片石墨烯/導(dǎo)熱基底/導(dǎo)熱膠貼合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，碳纖維的覆蓋率為30-60%。
【文檔編號(hào)】H05K7/20GK104519723SQ201410811771
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】金玲, 譚化兵, 劉海濱, 廖威 申請(qǐng)人:無(wú)錫格菲電子薄膜科技有限公司