本發(fā)明涉及石墨烯薄膜制備技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種通過還原氧化石墨烯并高溫石墨化而得到高導(dǎo)熱柔性石墨烯薄膜的制備技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著微電子集成技術(shù)的高速發(fā)展，高功率密度電子器件例如智能手機(jī)、平板電腦等會產(chǎn)生大量熱量，其工作環(huán)境溫度也急劇提高，從而影響電子器件的工作性能及壽命。因此，提高電子器件散熱效率對于微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。

石墨烯作為一種獨(dú)特二維納米材料，由于其具有比表面積大、電子遷移率高、良好的熱穩(wěn)定性和卓越的機(jī)械性能等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子器件、能源儲存、化學(xué)催化等領(lǐng)域。其中單層石墨烯理論導(dǎo)熱系數(shù)約為5600 W/m?K，高于人工石墨膜和碳納米管，是一種理想熱界面?zhèn)鲗?dǎo)材料。在現(xiàn)有技術(shù)中，石墨烯的制備一般采用成本低廉、制備工藝簡單的氧化還原法，通過制備氧化石墨烯，再經(jīng)過還原氧化石墨烯作為石墨烯的廉價(jià)替代品。但化學(xué)還原的氧化石墨烯，石墨烯中碳原子sp2雜化程度較低，存在大量缺陷嚴(yán)重影響其導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供一種操作簡單、工藝條件易控、適合大規(guī)模生產(chǎn)并能制備出高質(zhì)量、大面積石墨烯薄膜的高導(dǎo)熱柔性石墨烯薄膜制備方法。

為此，本發(fā)明提供一種高導(dǎo)熱柔性石墨烯薄膜制備方法，該方法包括以下步驟：

（a）漿料制備：將重量百分比為0.6%～3.2%的氧化石墨烯粉末分散于96.8%～99.4%的去離子水中，攪拌并超聲，使其分散均勻；

（b）加入氨水并攪拌0.5 ~1 h，將漿料pH值調(diào)節(jié)為9~11；

（c）加入還原劑鹽酸羥胺來還原氧化石墨烯；

（d）將還原氧化石墨烯漿料涂布、干燥成膜后剝離收卷；

（e）對還原氧化石墨烯膜進(jìn)行高溫?zé)釅簾Y(jié)以石墨化，得到高導(dǎo)熱柔性石墨烯薄膜。

優(yōu)選地，在步驟c中加入的鹽酸羥胺的量按重量計(jì)為步驟a中加入的氧化石墨烯粉末量的1/8～1/4。

優(yōu)選地，在步驟c中，加入鹽酸羥胺還原氧化石墨烯的反應(yīng)溫度為40~65 ℃，反應(yīng)時(shí)間為1~3 h。

優(yōu)選地，在步驟d中，將還原氧化石墨烯漿料涂布、干燥成膜的溫度為25~120 ℃，膜厚為5 um~50 um。

優(yōu)選地，在步驟e中，將還原氧化石墨烯薄膜用碳紙夾住進(jìn)行高溫?zé)釅簾Y(jié)以石墨化，燒結(jié)溫度優(yōu)選為2000~2800 ℃，燒結(jié)氣氛為氬氣和氦氣中的一種或兩種。

本發(fā)明的有益效果：在本發(fā)明中，通過氨水調(diào)節(jié)氧化石墨烯漿料的pH值，采用鹽酸羥胺還原氧化石墨烯漿料，隨后進(jìn)行涂布，干燥成膜獲得還原氧化石墨烯薄膜，最后高溫石墨化得到高導(dǎo)熱柔性石墨烯薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用氨水和鹽酸羥胺體系還原氧化石墨烯漿料，能夠獲得分散性良好的還原氧化石墨烯漿料；采用此漿料涂布，干燥后的薄膜易于剝離收卷且薄膜表面質(zhì)量良好；還原氧化石墨烯薄膜相對于氧化石墨烯膜進(jìn)行高溫石墨化不僅能夠降低石墨化溫度還能提高sp2雜化程度，獲得更大尺寸無缺陷的sp2雜化石墨烯晶體，具有更優(yōu)異的導(dǎo)熱（850 W/m?K~1400 W/m?K）、導(dǎo)電性能（3.0*104 Sm-1~1.1*105 Sm-1）和力學(xué)性能（重復(fù)彎曲90° 500次未斷裂）。此外，采用本發(fā)明便于控制石墨烯薄膜的厚度（5~50 um）、尺寸和形狀，并且具有制備工藝簡單、環(huán)境污染小和生產(chǎn)成本較低等特點(diǎn)。綜上所述，這些特點(diǎn)使得此石墨烯薄膜能夠廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、液晶電視和LED照明等高散熱需求器件。

通過參考下面所描述的實(shí)施例，本發(fā)明的上述這些方面和其他方面將會得到更清晰地闡述。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)解決方案，這些實(shí)施例不能理解為是對技術(shù)解決方案的限制。

實(shí)施例 1

按照重量百分比將0.6%的所制備的氧化石墨烯粉末分散于99.4%的去離子水中，攪拌并超聲，使其分散均勻，得到充分分散剝離的氧化石墨烯漿料；

加入適量氨水至氧化石墨烯漿料中并攪拌0.5h使其分散均勻，調(diào)節(jié)其pH=9；

加入鹽酸羥胺，其加入的量按重量計(jì)為該實(shí)施例中上面所加入的氧化石墨烯粉末量的1/4，攪拌分散均勻后，加熱至40 ℃，反應(yīng)2 h，得到還原氧化石墨烯漿料；

還原氧化石墨烯漿料冷卻后，進(jìn)行涂布，涂布厚度為700 um。50℃干燥至質(zhì)量不再變化，剝離后，得到厚度為15 um還原氧化石墨烯薄膜。

將剝離后的還原氧化石墨烯薄膜用碳紙夾住放入高溫石墨化爐中，先抽真空至200 Pa，再通入氬氣作保護(hù)氣，2600 ℃高溫下燒結(jié)30 min，進(jìn)行高溫石墨化；高溫石墨化結(jié)束后，自然降溫至室溫，獲得高導(dǎo)熱柔性石墨烯薄膜。

實(shí)施例2

按照重量百分比將2%的所制備的氧化石墨烯粉末分散于98%的去離子水中，攪拌并超聲，使其分散均勻，得到充分分散剝離的氧化石墨烯漿料；

加入適量氨水至氧化石墨烯漿料中并攪拌0.8h使其分散均勻，調(diào)節(jié)其pH=10；

加入鹽酸羥胺，其加入的量按重量計(jì)為該實(shí)施例中上面所加入的氧化石墨烯粉末量的1/5，攪拌分散均勻后，加熱至50 ℃，反應(yīng)1 h，得到還原氧化石墨烯漿料；

還原氧化石墨烯漿料冷卻后，進(jìn)行涂布，涂布厚度為800 um。25℃干燥至質(zhì)量不再變化，剝離后，得到厚度為23 um還原氧化石墨烯薄膜。

將剝離后的還原氧化石墨烯薄膜用碳紙夾住放入高溫石墨化爐中，先抽真空至200 Pa，再通入氬氣作保護(hù)氣，2000 ℃高溫下燒結(jié)30 min，進(jìn)行高溫石墨化；高溫石墨化結(jié)束后，自然降溫至室溫，獲得高導(dǎo)熱柔性石墨烯薄膜。

實(shí)施例 3

按照重量百分比將2%的所制備的氧化石墨烯粉末分散于98%的去離子水中，攪拌并超聲，使其分散均勻，得到充分分散剝離的氧化石墨烯漿料；

加入適量氨水至氧化石墨烯漿料中并攪拌1h使其分散均勻，調(diào)節(jié)其pH=11；

加入鹽酸羥胺，其加入的量按重量計(jì)為該實(shí)施例中上面所加入的氧化石墨烯粉末量的1/5，攪拌分散均勻后，加熱至65 ℃，反應(yīng)1.5 h，得到還原氧化石墨烯漿料；

還原氧化石墨烯漿料冷卻后，進(jìn)行涂布，涂布厚度為300 um。120 ℃干燥至質(zhì)量不再變化，剝離后，得到厚度為5 um還原氧化石墨烯薄膜。

將剝離后的還原氧化石墨烯薄膜用碳紙夾住放入高溫石墨化爐中，先抽真空至200 Pa，再通入氦氣作保護(hù)氣，再2800 ℃高溫下燒結(jié)30 min，進(jìn)行高溫石墨化；高溫石墨化結(jié)束后，自然降溫至室溫，獲得高導(dǎo)熱柔性石墨烯薄膜。

實(shí)施例 4

按照重量百分比將3.2%的所制備的氧化石墨烯粉末分散于96.8%的去離子水中，攪拌并超聲，使其分散均勻，得到充分分散剝離的氧化石墨烯漿料；

加入適量氨水至氧化石墨烯漿料中并攪拌1h使其分散均勻，調(diào)節(jié)其pH=10；

加入鹽酸羥胺，其加入的量按重量計(jì)為該實(shí)施例中上面所加入的氧化石墨烯粉末量的1/8，攪拌分散均勻后，加熱至60 ℃，反應(yīng)3 h，得到還原氧化石墨烯漿料；

還原氧化石墨烯漿料冷卻后，進(jìn)行涂布，涂布厚度為1000 um。50 ℃干燥至質(zhì)量不再變化，剝離后，得到厚度為50 um還原氧化石墨烯薄膜。

將剝離后的還原氧化石墨烯薄膜用碳紙夾住放入高溫石墨化爐中，先抽真空至200 Pa，再通入氬氣和氦氣的混合氣體作保護(hù)氣，2500 ℃高溫下燒結(jié)30 min，進(jìn)行高溫石墨化；高溫石墨化結(jié)束后，自然降溫至室溫，獲得高導(dǎo)熱柔性石墨烯薄膜。

在本發(fā)明中，通過將氧化石墨烯粉末攪拌并超聲來分散至水溶液中，再加入氨水并使用鹽酸羥胺還原，得到還原氧化石墨烯漿料，隨后進(jìn)行涂布、干燥后獲得還原氧化石墨烯薄膜，最后經(jīng)過高溫石墨化，得到石墨烯薄膜，使得本發(fā)明所得高導(dǎo)熱柔性石墨烯膜的厚度、尺寸和形狀是可控而易操作的，并且還原的氧化石墨烯不僅能夠降低石墨化溫度，而且經(jīng)過高溫石墨化后能夠獲得更大尺寸無缺陷的sp2雜化石墨烯晶體，還原氧化石墨烯薄膜相對于氧化石墨烯膜進(jìn)行高溫石墨化不僅能夠降低石墨化溫度還能提高sp2雜化程度，獲得更大尺寸無缺陷的sp2雜化石墨烯晶體，具有更優(yōu)異的導(dǎo)熱（850 W/m?K~1400 W/m?K）、導(dǎo)電性能（3.0*104 Sm-1~1.1*105 Sm-1）和力學(xué)性能（重復(fù)彎曲90° 500次未斷裂）。此外，采用本發(fā)明便于控制石墨烯薄膜的厚度（5~50 um）、尺寸和形狀，并且具有制備工藝簡單、環(huán)境污染小和生產(chǎn)成本較低等特點(diǎn)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明, 任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員, 在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。