專利名稱：一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于散熱材料技術領域。
背景技術：
電子產品、機械、電力、通信、化工等諸多領域，在產品加工、生產的過程中，以及使用過程中，都會產生數(shù)量不同的熱量。而且，所產生的熱量如果不能得到有效散發(fā)的話，則會對產品的加工及使用，均有可能造成影響。目前，各種各樣的散熱材料已經廣泛使用。不同類型的散熱材料，會具有不同的性能，比如說，金屬材料的導熱性能良好，特別是其中的一部分金屬材料，如銅、鋁、銀等，其導熱性尤其良好。利用這些金屬制成的散熱器，比如銅質的散熱器、鋁質的散熱器，得到普遍應用。下面列舉一下常用的一些散熱材料的熱導率性能鋁:237ff/m· K ；銅:401ff/m· K ；銀420W/m· K ；金318W/m· K。隨著高散熱性能的人造石墨膜材料的出現(xiàn)，其散熱能力有了大幅度的提高，目前可達1500 2200W/m · K。而目前作為研究熱點的石墨烯材料，則具有更加強大的散熱能力，其熱導率最高可達5000W/m · K。如此高散熱率的膜材料，為各種的產品中的散熱器材， 提供了新的選擇。在目前可以制作的片狀材料中，石墨烯的厚度最薄，還具有極高的強度和導熱率。而現(xiàn)有高導熱石墨膜也有不足之處，在于高導熱石墨膜雖有一定的耐折性，但材料之間的強度弱，可以輕易被撕裂，或者因為所粘附部件的位移而發(fā)生破損現(xiàn)象，或表層物質脫落等。如何有效地保持石墨膜的高散熱性，同時使其能夠抵抗更大的外力作用，是目前需要解決的問題。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料及其實現(xiàn)方法，以提供一種石墨膜和石墨烯兩者相結合的散熱材料，應用于散熱領域但不局限于散熱方面的應用。本實用新型所提供的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，它包括第一石墨烯層，它是設置在該散熱材料其中一個端面上，由石墨烯所組成的物理層；石墨膜層，它是設置在上述第一石墨烯層的另一側，由石墨膜所組成的物理層。進一步，所述的第一石墨烯層，包括有四個單層及其以上。[0018]進一步，所述的第一石墨烯層，其厚度在1000納米之內。進一步，所述的石墨膜層，厚度在1微米以上。進一步，所述的石墨膜層，其厚度在5微米到5毫米之間。進一步，所述的石墨膜層，其厚度優(yōu)選為10微米到100微米之間。進一步，所述的散熱材料的結構形式為，石墨烯層-石墨膜層-(石墨烯層-石墨膜層)XN，N為大于或等于1的整數(shù)。進一步，所述的散熱材料的結構形式為，石墨烯層-石墨膜層-(金屬層-石墨膜層)XN，其中N為大于或等于1的整數(shù)。進一步，所述的散熱材料的結構形式為，石墨烯層-(石墨膜層-金屬層)X N， 其中N為大于或等于1的整數(shù)。進一步，在石墨烯層和相鄰的石墨膜層之間設置有將二者連接在一起的膠粘劑。進一步，所述的膠粘劑在石墨烯層和/或石墨膜層上的設置結構為薄層形式的面結構，點陣列結構、線條陣列結構三者其一。進一步，所述的膠粘劑為有機膠粘劑。進一步，所述的膠粘劑為金屬材料。進一步，所采用的薄層形式的金屬材質的面結構，厚度在10微米之內。本實用新型的優(yōu)點在于利用石墨膜層和石墨烯層兩者之間的復合作用，取長補短，既可以保持有石墨膜層的高散熱性能，又可以消除石墨膜層原有的缺陷，包括表面強度低、容易掉碎片等不足之處。

圖1是本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的結構示意圖，為第一種實施例。圖2是本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的結構示意圖，為第二種實施例。圖3是本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的結構示意圖，為第三種實施例。圖4是本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的結構示意圖，為第四種實施例。圖5是具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的實現(xiàn)方法流程圖，為采用金屬材料進行粘合的實現(xiàn)流程，為第五種實施例。圖6-1是在制備具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的過程中，膠粘劑設置的結構示意圖，為點陣列結構示意圖。圖6-2是在制備具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的過程中，膠粘劑設置的結構示意圖，為平行線條陣列結構示意圖。圖6-3是在制備具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的過程中，膠粘劑設置的結構示意圖，為網(wǎng)格線條陣列結構示意圖。圖7是具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的實現(xiàn)方法流程圖，是采用有機膠粘劑進行粘合的實現(xiàn)流程，為第六種實施例。[0040]圖8是具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的實現(xiàn)方法流程圖，是采用直接擠壓粘合的實現(xiàn)流程，為第七種實施例。
具體實施方式
下面結合著具體實施例，以及附圖對本實用新型做進一步的詳細介紹。在本實用新型中，利用石墨膜層和石墨烯層兩者之間的復合作用，取長補短，既可以保持有石墨膜層的高散熱性能，又可以消除石墨膜層原有的缺陷，包括表面強度低、容易掉碎片等不足之處。
以下結合附圖對本實用新型做進一步的描述。另一方面，這樣進行設置的原因在于，宏觀厚度的石墨膜層目前是成熟技術，而宏觀厚度的石墨烯層，目前還很難實現(xiàn)，但是單層或多層的石墨烯層，包括大尺度的單層石墨烯層，目前也已經能夠實現(xiàn)。圖1的說明參圖1所示，這兒展示了本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料100的結構示意圖，為本實用新型中的第一個實施例。該散熱材料包括第一石墨烯層110，它是設置在該散熱材料100的其中一個端面上，由石墨烯所組成的物理層；以及石墨膜層120，它是設置在上述第一石墨烯層110的另外一側端面上，由石墨膜所組成的物理層。也就是說，在本實施例中，所述的散熱材料100 —共包括有兩層層，分別為石墨烯
層和石墨膜層。這樣進行設置的優(yōu)點在于，石墨烯層具有非常高的強度和導熱效率，但制作宏觀厚度的石墨烯，比如微米級的石墨烯，目前仍舊是非常困難的事情。因此，就可以選擇較薄的石墨烯，來作為石墨膜層一側的保護層。所述的第一石墨烯層110，它們的厚度不作限定的。但優(yōu)選的實施例，第一石墨烯層110的厚度應當在四個單原子層石墨烯的疊加厚度以上。在這種情況下，所述的包括有四層及四層以上單原子層石墨烯的材料，在強度方面就有一定的保障。進一步，所述的第一石墨烯層和第二石墨烯層，其厚度在1000納米之內。所述的石墨膜層，制作宏觀厚度的產品相對技術是較為成熟的，因此就可以通過兩者結合的形式，既可以防止石墨膜層表面強度出現(xiàn)問題的情況下，脫落小顆粒碎片的現(xiàn)象發(fā)生，另外，也可以提高制成品的強度。在本實用新型中，所述的石墨膜層，厚度在1微米以上。進一步，所述的石墨膜層，其厚度在5微米到5毫米之間。進一步，所述的石墨膜層，其厚度優(yōu)選為10微米到100微米之間。所述的第一石墨烯層110，它們和相鄰近的石墨膜層120之間的固定方式，有多種多樣的選擇。比如說，可以通過膠粘劑的形式來進行兩者之間的粘合，比如說，通過壓敏膠粘劑進行固定。或者利用其它的任何能夠實現(xiàn)粘合功能的材料；也可以采用其它的原理，具體是不限定的。在本圖所示的實施例中，所述的第一石墨烯層110，以及中間的石墨膜層120三者的平面尺寸，是相同的。圖2的說明參圖2所示，這兒展示了本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料200的組成結構示意圖，為第二種實施例。在該實施例所述的散熱材料200的結構中，最上部端面為第一石墨烯層210，最下部端面為第一石墨膜層220.進一步，在第一石墨烯層210和第二石墨烯層220兩者之間，設置有兩層及兩層以上的石墨膜層，以及在石墨膜層之間還設置有其它的石墨烯層。本實施例中的散熱材料200的結構，按照逐層的方式進行說明，為石墨烯層-石墨膜層-(石墨烯層-石墨膜層)XN，其中N為大于或等于1的整數(shù)。參圖中所示，在本實施例中，頂部為第一石墨烯層210，緊接著下面是第二石墨膜層230，緊接下面是第二石墨烯層M0，緊接著下面是第一石墨膜層220。前述的各層之間， 通過膠粘劑的形式進行固定，或者利用相互間壓緊的方式進行固定，或者其它的方式進行固定。采用前述方案在N的數(shù)值增加的情況下，可以便利地增加中間夾層部分的石墨烯層和石墨膜層的數(shù)量，并且，還可以確保整個散熱材料200的強度與韌性。該實施例的散熱材料主要應用于需要較大厚度，且對散熱要求比較高的情況。圖3的說明參圖3所示，這兒展示了本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料300的組成結構示意圖，為第三種實施例。在該實施例中，所述的散熱材料300，從上到下的結構依次為頂部端面為第一石墨烯層310 ； 緊接著下面是第二石墨膜層330 ；緊接下面是金屬層340 ；緊接著下面是第一石墨膜層320 ；這種結構形式，是增設金屬層和石墨膜層的實現(xiàn)方案。前述的各層之間，可以通過膠粘劑的形式進行固定；或者利用相互間壓緊的方式進行固定；或者其它的方式進行固定，比如，利用金屬層340進行加熱熔化，然后再冷凝，可以對相鄰的第一石墨膜層320和第二石墨膜層330兩者之間起到固定作用。進一步，作為優(yōu)選的實施例而非限定，本圖中的結構還可以表達為石墨烯層-石墨膜層-(金屬層-石墨膜層)XN，其中N為大于或等于1的整數(shù)。本實施例所提供的方案，可以將金屬的特性也加以利用，包括具有比較高的強度， 良好的導熱性能。而且有多種導熱能力強的金屬層可供選擇，比如銅材料層和鋁材料層等， 其成本也較低。圖4的說明參圖4所示，這兒展示了本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料400的組成結構示意圖，為第四種實施例。[0081]在該實施例中，所述的散熱材料400，從上到下的結構依次為頂部端面為第一石墨烯層410 ；緊接著下面是石墨膜層420 ；緊接下面是金屬層430。前述的各層之間，可以通過膠粘劑的形式進行固定；或者利用相互間壓緊的方式進行固定。本圖中的結構可以表達為石墨烯層-(石墨膜層-金屬層)X N，其中N為大于或等于1的整數(shù)。這種方案的典型特點是，使一端的石墨烯層與金屬層之間直接進行固定。該方案下，可以將單個的金屬層做得更厚，具有比較方便的厚度調節(jié)靈活性。本實施例所提供的方案，可以將金屬的特性也加以利用，包括具有比較高的強度， 良好的導熱性能，而且有多種導熱能力強的金屬材料，包括銅材料層和鋁材料層等，成本均較低。下面將具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的制作方法，結合著圖5、圖 6-1、圖6-2、圖6-3所示的實施例作進一步的說明。參圖5所示，這兒展示了本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的制作方法的流程圖，為本實用新型中的第五實施例。其中的粘合材料，是采用金屬材料熔融再冷卻的方式實現(xiàn)的。作為舉例而非限定， 其步驟描述如下步驟S110，在石墨膜層及相鄰的第一石墨烯層的夾層之間，設置固態(tài)金屬材料層。該金屬材料層，適合做得很薄。作為優(yōu)選的實施例而非限定，適合采用金屬粉，或者金屬薄片，或者金屬絲，或者薄金屬條等結構來實現(xiàn)。其厚度應當在0. 5毫米之內，進一步優(yōu)選為10微米之內。前述的金屬材料層，可以作為獨立的薄層來呈現(xiàn)，也可以在相鄰近的石墨膜層和石墨烯層兩者至少其一上進行設置。作為舉例而非限定，前述的在相鄰近的石墨膜層和石墨烯層兩者至少其一上進行設置的方案，優(yōu)選為4種分別是金屬薄層結構、金屬粉層結構、點陣列結構以及線條陣列結構。在使用時，將金屬材料以上述形式至少其一的方式涂覆到對應的石墨烯層或者石墨膜層上即可。參圖6-1、圖6-2、圖6-3所示，為上述固態(tài)金屬材料的設置結構，其中圖6_1為點陣列結構，圖6-2為平行線條陣列結構圖，圖6-3為網(wǎng)格線條陣列結構。(1)金屬薄層的面結構如前所述，在采用金屬薄層的情況下，其厚度可以選在0. 5毫米之內，進一步優(yōu)選為10微米之內。所述的金屬薄層，所采用的材質，作為舉例而非限定，可以采用符合厚度要求的鋁箔，或者銅箔，或者錫箔等；甚至是銀箔，或者金箔。(2)金屬粉層的面結構對應地，在采用金屬粉層的時候，要求在熔融狀態(tài)熔融及凝固之后，其金屬層的厚度，同樣能夠符合前面要求。金屬粉的類型并不限定，但適合選用導熱性能強、易于加工的金屬材料，比如銅粉、鋁粉，等等。[0102](3)點陣列結構參圖6-1所示，通過具有間隔的、陣列形式金屬點陣，進行熔化之后再凝固，從而實現(xiàn)材料之間的粘合作用。作為優(yōu)選的實施例而非限定，每個金屬點的大小，在5mmX5mm 之內，而每個金屬點到鄰近的金屬點的最小距離，也在5mm之內。(4)線條陣列結構參圖6-2所示，通過平行線或相互交錯的金屬線條來實現(xiàn)。比如，可以在采用橫向的金屬線條來實施，每個金屬線條的寬度為3mm，各金屬線條相互平行，相鄰的金屬線條之間的最近距離為3mm。參圖6-3所示，在本事實施例中，就通過線條做成交錯的網(wǎng)格結構，著也是一樣可以的。將作為膠粘劑的金屬材料設置成上述的點陣結構或者線條陣列結構，主要是因為盡管金屬具有一定的散熱性，但其散熱效率與石墨烯以及石墨膜材料相比還是有差距，所以將金屬設置結構設置成陣列式，而不是整個表面都設置金屬，這樣能夠提高散熱效率。步驟S120，將石墨膜層和相鄰的第一石墨烯層兩者靠近貼附，將前述的固態(tài)金屬材料設置為夾層中的材料。在該步驟以及上述步驟1中所述的固態(tài)金屬材料，作為舉例而非限定，為鋁或銅或錫或銀或金等其一，這里主要是利用金屬的高導熱性、可熔化性以及高延展性。步驟S130，針對于貼附的石墨膜層或相鄰的石墨烯層進行加熱，對前述的固態(tài)金屬材料進行熔化處理。在該步驟中加熱的溫度，要求超過相應的固態(tài)金屬材料的熔點溫度，加熱至固態(tài)金屬熔化。進一步，還可以進行快速加熱，以使得金屬部分熔化，同樣也可以在其凝固后達到固定的目的。步驟S140，在金屬材料至少部分處于熔化狀態(tài)時，將前述的石墨膜層及相鄰的石墨烯層兩者壓緊后冷凝，形成最外側端面分別為第一石墨烯層和石墨膜層的結構。待所有需要固定的層面都固定完畢，并冷卻至室溫，便制得本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料。圖7的說明參圖7所示，展示了本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的實現(xiàn)方法流程圖，為采用有機膠粘劑進行粘合的實現(xiàn)流程，它是本實用新型的第六種實施例。步驟S210，在石墨膜層及相鄰的第一石墨烯層兩者至少其一上，設置膠粘劑的涂覆結構。作為舉例而非限定，在該步驟中膠粘劑的涂覆結構，可以和前述的金屬作為粘合材料的實施例類似，包括點陣列結構、平行線條陣列結構、網(wǎng)格線條陣列結構以及面結構等， 在此不再贅述。步驟S220，將石墨膜層和相鄰的第一石墨烯層兩者進行靠近貼附，前述的膠粘劑為夾層中布局的材料。在該步驟及上述步驟1中，所述的膠粘劑為有機膠粘劑，例如導熱型硅膠，或者壓敏膠等。進一步，在該步驟中，若膠粘劑為熱熔膠，還要對步驟S210中設置在石墨膜層及相鄰的石墨烯層兩者至少其一上的膠粘劑進行加熱熔化處理，以便在步驟S230中進行壓緊固定。步驟S230，將前述的石墨膜層及相鄰的第一石墨烯層兩者壓緊后固定，形成最外側端面分別為第一石墨烯層和石墨膜層的結構。待所有需要固定的層面都固定完畢，便制得本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料。圖8的說明參圖8所示，展示了本實用新型所述的具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料的實現(xiàn)方法流程圖，為采用直接擠壓粘合的具體實現(xiàn)流程，它是本實用新型的第七種實施例。步驟S310，分別取作為石墨膜層的石墨膜材料，以及作為第一石墨烯層的石墨烯材料。步驟S320，將二者重疊放置，并對其施加壓力，使二者相互貼近，形成最外側端面分別為第一石墨烯層和石墨膜層的結構。比如，施加大小在10-100牛/平方厘米之間的力，利用分子之間的作用力使其相互壓緊、貼附。從而獲得需要的石墨膜和石墨烯復合的散熱材料。以上是對本實用新型的描述而非限定，基于本實用新型思想的其它實施方式，亦均在本實用新型的保護范圍之中。
權利要求1.一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于該材料包括第一石墨烯層，它是設置在該散熱材料其中一個端面上，由石墨烯所組成的物理層；石墨膜層，它是設置在上述第一石墨烯層的另一側，由石墨膜所組成的物理層。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的第一石墨烯層，包括有四個單層及其以上。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的第一石墨烯層，其厚度在1000納米之內。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的石墨膜層，厚度在1微米以上。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的石墨膜層，其厚度在5微米到5毫米之間。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的石墨膜層，其厚度優(yōu)選為10微米到100微米之間。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的散熱材料的結構形式為，石墨烯層-石墨膜層-(石墨烯層-石墨膜層)X N， N為大于或等于1的整數(shù)。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的散熱材料的結構形式為，石墨烯層-石墨膜層-(金屬層-石墨膜層)XN，其中N為大于或等于1的整數(shù)。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的散熱材料的結構形式為，石墨烯層-(石墨膜層-金屬層)XN，其中N為大于或等于1的整數(shù)。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于在石墨烯層和相鄰的石墨膜層之間設置有將二者連接在一起的膠粘劑。
11.根據(jù)權利要求10所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的膠粘劑在石墨烯層和/或石墨膜層上的設置結構為薄層形式的面結構，點陣列結構、線條陣列結構三者其一。
12.根據(jù)權利要求10所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的膠粘劑為有機膠粘劑。
13.根據(jù)權利要求10所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所述的膠粘劑為金屬材料。
14.根據(jù)權利要求13所述的一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，其特征在于所采用的薄層形式的金屬材質的面結構，厚度在10微米之內。
專利摘要本實用新型提供一種具有石墨膜和石墨烯復合結構的散熱材料，屬于散熱材料技術領域。該材料包括第一石墨烯層，它是設置在該散熱材料其中一個端面上，由石墨烯所組成的物理層；石墨膜層，它是設置在上述第一石墨烯層的另一側，由石墨膜所組成的物理層。該散熱材料具有高散熱性能，能將石墨膜和石墨烯兩者作為散熱材料的優(yōu)點相互結合。
文檔編號C09K5/14GK202322711SQ20112045526
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權日2011年11月16日
發(fā)明者馬宇塵 申請人:常州碳元科技發(fā)展有限公司