技术摘要：
本发明涉及一种石墨烯导热材料，该导热材料包括：基料以及石墨烯纳米片，该石墨烯纳米片在该基料内部定向排布形成立体导热通道，优选在该基料的厚度方向上具有纵向导热通道，更优选具有纵向导热通道与横向导热通道构成的立体导热网络。本发明还涉及所述导热材料的制备  全部
背景技术：
随着5G的出现及普及，通信行业将消耗全球20％的电力，而在移动通信网络中，基 站是耗电大户，大约80％的能耗来自广泛分布的基站。更快速、更大量的数据传输，导致5G 基站功耗达到了4G基站的2.5～4倍。随着电子元件集成程度越来越大，这对基站内芯片与 散热壳体间的导热界面材料提出更高的要求，需要有更佳的导热系数。 石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp2杂 化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，具有超高的导热性能。研究表明，室温下石墨烯 的热导率达到5300W/m·K，远超银(429W/m·K)和铜(401W/m·K)等金属材料。优异的导热 和力学性能使石墨烯在热管理领域极具发展潜力。石墨烯的导热性能与导热方向有直接的 关系，现有大多数采用的普通共混方法由于分散度的控制和杂乱无章地分布，不能很好地 利用到石墨烯的导热性能。如何控制石墨烯结构在导热产品的分布状态，对高导热产品的 性能至关重要。 公开号为CN110157196A的中国专利公开了一种石墨烯材料定向排布及硅胶垫复 合成型方法及制品，其实现了石墨烯材料在片层xy方向(平行于导热垫平面)的定向排布， 提高了硅胶垫在水平方向的导热性能。但是，对于散热硅胶垫的实际使用工况而言，更加需 要在硅胶垫的厚度方向上具有高效的导热性能。而且，上述专利采用的是喷涂或涂覆的方 式，将石墨烯分散液施工于衬底垫片上面，该施工方式过程繁琐，水平方向的导热性能于涂 覆的层数有直接关系，不利于高效生产。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有导热材料存在的问题而提出一种包含有石墨烯 纳米片形成纵向通道(相对于导热材料的厚度方向)的石墨烯导热材料及其制备方法。本发 明还提供一种电子设备。 本发明提供一种石墨烯导热材料，该导热材料包括：基料以及石墨烯纳米片，该石 墨烯纳米片在该基料内部定向排布形成立体导热通道，所述立体导热通道为在该基料的厚 度方向上的纵向导热通道或者是具有纵向导热通道与横向导热通道构成的立体导热网络。 根据本发明的一种实施方案，所述基料为有机硅材料、树脂、聚酯、聚氨酯、聚酰亚 胺中的一种。 根据本发明的一种实施方案，所述石墨烯纳米片至少部分掺杂正电荷离子，并在 电场作用下，在所述基料的厚度方向形成纵向导热通道；未掺杂正电荷离子的石墨烯纳米 片在重力作用下，形成横向导热通道。 图1示出掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片在电场作用下形成的纵向导热通道，图2 4 CN 111607364 A 说　明　书 2/8 页 示出未掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片与掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片在电场作用下 形成的立体导热网络。图1和图2中的电场由金属电极片铂通电之后形成，以硅胶基料为例 进行说明，硅胶基料在硫化前，掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片在电场作用下，向电场阴极 移动并聚拢在金属电极片的周围形成纵向通道，未掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片在重力 作用下，在与硅胶基料平行的水平方向形成横向导热通道。该横向导热通道与纵向导热通 道形成立体导热网络，本公开的石墨烯导热材料在传导热量时，通常在材料厚度方向上，由 纵向通道将热量传导至横向导热通道，然后将热量进一步的向外传导，从而使得材料整体 上具有较高的导热效率。 根据本发明的一种实施方案，所述掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片为掺杂H 的石 墨烯纳米片，其中，含H 试剂选自浓盐酸。选用浓盐酸处理石墨烯纳米片使得石墨烯表面掺 杂H ，进而能够利用电极板使得石墨烯纳米片在电极板周围定向分布，形成垂直于材料厚 度方向的纵向通道。 根据本发明的一种实施方案，所述基料的原料包括：导热填料，该导热填料在所述 基料中与所述石墨烯纳米片构成立体导热网络，进一步增加了导热材料的导热性能。 根据本发明的一种实施方案，所述导热填料为碳基填料、金属或金属氧化物填料 和陶瓷类填料的一种或几种：其中，所述碳基填料为碳纳米管、碳纤维、鳞片石墨、洋葱碳的 一种或几种；所述金属或金属氧化物填料为铝、铜、银、氧化铝、氧化锌的一种或几种；所述 陶瓷类填料为氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆的一种或几种。 根据本发明的一种实施方案，所述导热填料的形状为杆状、线状、椭球状和圆片状 的一种或几种。在一种实施方案中，优选至少两种形状的导热填料，使得导热填料与定向分 布的石墨烯纳米片形成的立体导热网络中，各个方向都能有效地实现热传导，从而提高导 热材料的整理导热性能。 根据本发明的一种实施方案，所述石墨烯纳米片的厚度为0.35-8nm，片层大小为 200nm-5μm。 根据本发明的一种实施方案，所述基料的原料还包括：硅油、偶联剂、抑制剂、催化 剂和有机溶剂；其中，所述有机溶剂为乙醇、乙腈的一种或两种，在高温硫化过程中，乙腈和 乙醇受热挥发，石墨烯纳米片表面以化学键结合的含有不饱和基团的偶联剂可以与硅油产 生交联反应，得以牢固固定于硅胶体系内。 在一种实施方案中，所述硅油为甲基乙烯基硅油、含氢硅油、二甲基硅油的一种或 几种；所述甲基乙烯基硅油粘度范围为50～10000mPa·s。所述含氢硅油的含氢质量分数为 0.1％～2.8％。 在一种实施方案中，所述偶联剂选自含乙烯基团的硅烷偶联剂和钛酸酯类偶联 剂，优选选自单烷氧基钛酸酯、单烷氧基焦磷酸酯、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙 烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷等。 在一种实施方案中，所述催化剂选自铂金催化剂H2PtCl6·6H2O、C24H54O3Pt2Si6等， 铂金催化剂浓度为800-2500ppm。 在一种实施方案中，所述抑制剂选自炔醇类化合物，优选选自三甲基一丁炔三醇、 三甲基一戊炔三醇、乙炔基环乙醇等。 根据本发明的一种实施方案，在所述导热材料中各成分的用量为：700～900份掺 5 CN 111607364 A 说　明　书 3/8 页 杂正电荷离子的石墨烯纳米片，100～200份未掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片，60-80份导 热填料，50～80份硅油，6～9份含氢硅油，7～10份偶联剂，5～7份抑制剂，3～6份催化剂，20 ～40份乙醇，20～30份乙腈，所述份数为重量份。 本发明还涉及用于制备上述石墨烯导热材料的方法，包括以下步骤： (1)在搅拌下将石墨烯纳米片与浓盐酸混合，将搅拌后的溶液抽滤得到掺杂H 的 石墨烯纳米片； (2)将所述掺杂H 的石墨烯纳米片与基料的原料混合均匀形成溶液，然后向所述 溶液施加外加电场，以使所述掺杂H 的石墨烯纳米片沿电场方向定向排布，之后缓慢加热 并局部搅拌所述溶液，得到稳定基料； (3)将所述基料抽真空，以排出基料中的空气，然后压成一定厚度的材料，之后进 行高温硫化，得石墨烯导热材料； 根据本发明的一种实施方案，所述方法还包括步骤： (4)在步骤(2)中，将未掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片与掺杂H 的石墨烯纳米片 与基料的原料混合均匀形成溶液。 上述方法工艺操作简单，产品一致性、稳定性好，适合大规模量产。 根据本发明的一种实施方案，步骤(1)中，所述石墨烯纳米片与浓盐酸按照质量比 1:20～80混合，搅拌时间为25～30分钟，将搅拌后的溶液抽滤得到掺杂H 的石墨烯纳米片。 其中，所述浓盐酸的浓度为9～12mol/L。 根据本发明的一种实施方案，步骤(2)中，所述基料的原料包括导热填料、甲基乙 烯基硅油、含氢硅油、偶联剂、抑制剂、催化剂、乙醇和乙腈。 根据本发明的一种实施方案，步骤(2)中，在所述掺杂H 的石墨烯纳米片与基料的 原料混合均匀形成溶液的过程中，在真空环境下常温低速20～40转/分钟，搅拌25～50分 钟。 根据本发明的一种实施方案，步骤(2)中，将电极材料为铂或铜的金属电极片置入 所得溶液，并通30～70V的直流电压，通电持续时间为10～30分钟，加热至85-95℃，得稳定 基料。 在一种实施方案中，所述金属电极片为铂，在混合溶液置入铂并通电，使得掺杂正 电荷离子的石墨烯纳米片向阴极移动聚拢形成纵向通道(相对于水平液面)，定向排布的石 墨烯纳米片增强了导热材料的纵向导热性能，而且还能起到增强导热材料强度的作用。由 于采用了金属电极片的方式，实现了石墨烯纳米片在混合溶液中可控的填充，也就是说，通 过改变金属电极片在溶液中的位置即可改变纵向通道的位置，该方法易操作、效果佳。 根据本发明的一种实施方案，步骤(2)中，在搅拌过程中，更换3～5处金属电极片 在所述溶液中的位置。 根据本发明的一种实施方案，步骤(2)之前，在真空环境下加热干燥导热填料，除 去多余水分。 根据本发明的一种实施方案，步骤(2)之前，将导热填料进行偶联剂预处理，偶联 剂选自含乙烯基团的硅烷偶联剂和钛酸酯类偶联剂，优选选自单烷氧基钛酸酯、单烷氧基 焦磷酸酯、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅 烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷等。 6 CN 111607364 A 说　明　书 4/8 页 根据本发明的一种实施方案，步骤(3)中，在将所述基料抽真空后，将金属电极片 取出，去除电场区域外(两个金属电极片之间的区域为电场区域内，金属电极片与盛放基料 的容器器壁之间的部分为电场区域外)的基料部分，然后将金属电极片之间的基料部分的 压下量控制在50％以下，以保证掺杂H 的石墨烯纳米片在基料中定向排布形成的纵向通道 不被破坏，从而形成高导热性能的石墨烯导热材料。 根据本发明的一种实施方案，步骤(3)中，硫化温度为130～160℃，硫化时间为20 ～30分钟。 本发明提供一种电子设备，包括上述石墨烯导热材料。 与现有技术中的导热材料相比，本发明尤其具有如下的有益效果： (1)本发明提供的石墨烯导热材料，采用了石墨烯材料定向分布技术，通过分别采 用浓盐酸和偶联剂实现对石墨烯纳米片表面掺杂和改性，然后将处理好的石墨烯纳米片置 于硅油/乙腈和乙醇混合液中真空搅拌分散，之后在混合好的硅油中置入电极板，施加电压 使得含H 石墨烯纳米片向阴极移动聚拢形成纵向通道，在石墨烯纳米片定向移动的同时高 温硫化过程也在进行，乙腈和乙醇受热挥发，石墨烯纳米片表面以化学键结合的含有不饱 和基团的偶联剂可以与含氢硅油及硅油产生交联反应，得以牢固固定于硅胶体系内。 (2)本发明提供的石墨烯导热材料内部由石墨烯纳米片搭建起了纵向有效的声子 导热通道，能够实现热量的快速传导，相比行业内大多采用的简单混合分散或是多种填料 共混导热更加高效。行业内采用的简单混合分散或是多种填料共混，由于填料在导热硅胶 垫内部无规则地分布，绝大部分的填料颗粒之间不能有效接触，不能高效地形成导热网络。 附图说明 图1示出掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片在电场作用下形成的纵向导热通道； 图2示出未掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片与掺杂正电荷离子的石墨烯纳米片在 电场作用下形成的立体导热网络。