本發(fā)明特別涉及一種石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料及其制備方法，屬于熱界面材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電子產(chǎn)品性能的提升，大功率電氣、電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，對高集成度組裝下的熱管理提出了更高的要求。目前，生產(chǎn)導(dǎo)熱材料最簡單有效的辦法是以高導(dǎo)熱的無機化合物或金屬填料對機體進行填充，從而提高材料的導(dǎo)熱性能。

在各類導(dǎo)熱填料中，氮化物、碳化物等雖然具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，但是存在價格昂貴、性質(zhì)不穩(wěn)定等缺點，并且在大量填充過程中會導(dǎo)致體系的粘度增加，從而限制產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。而氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鎂(MgO)、氧化鋅(ZnO)等無機氧化物填料由于價格便宜、制備簡單而被廣泛用于各類導(dǎo)熱產(chǎn)品的中，但是無機氧化物自身的導(dǎo)熱系數(shù)不高，為使基體獲得較高的導(dǎo)熱率常需要增加氧化物填料的填充量，這將導(dǎo)致復(fù)合材料的剛性增強、硬度增加等弊端。

研究表明低維結(jié)構(gòu)材料在熱傳導(dǎo)方面顯示出優(yōu)異的性能。而石墨烯是碳原子以SP²鍵緊密排列形成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積、優(yōu)異的穩(wěn)定性、極高的熱導(dǎo)率值。并且石墨烯的二維幾何形狀可與基體材料形成較強的耦合，有望將其應(yīng)用于導(dǎo)熱填料的改性。相應(yīng)的，已有一些研究人員嘗試將石墨烯對無機導(dǎo)熱填料進行改性，但其往往需要對石墨烯和無機導(dǎo)熱填料均進行復(fù)雜的化學(xué)表面改性，操作復(fù)雜、成本高，難以規(guī)模化實施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實施例提供了一種石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料，其包括：85wt％～95wt％氧化物，5wt％～15wt％石墨烯，其余部分包含聚丙烯酸鹽；并且所述導(dǎo)熱填料中聚丙烯酸鹽的含量≤1wt％。

本發(fā)明實施例提供了一種石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料，其主要由氧化物、石墨烯和聚丙烯酸鹽復(fù)合形成；并且，在所述石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料中，至少部分石墨烯通過與吸附在氧化物上的聚丙烯酸根離子反應(yīng)而與氧化物結(jié)合，所述聚丙烯酸根離子來源于所述聚丙烯酸鹽。

進一步的，所述石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料由質(zhì)量比為(85～95)：(5～15)：(0～1)的氧化物、石墨烯和聚丙烯酸鹽復(fù)合形成，并且所述聚丙烯酸鹽的用量不為0。

本發(fā)明實施例還提供了一種石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料的制備方法，其包括：

(a)在室溫下將聚丙烯酸鹽溶解于溶劑中，形成聚丙烯酸鹽溶液；

(b)在室溫下向所述聚丙烯酸鹽溶液中加入氧化物，形成第一混合物；

(c)將石墨烯均勻分散于所述第一混合物內(nèi)，形成第二混合物；

(d)分離出所述第二混合物內(nèi)的固形物，經(jīng)后處理獲得石墨烯包覆的氧化物導(dǎo)熱填料。

在一些較為優(yōu)選的實施方案中，前述步驟(a)中所述聚丙烯酸鹽分散液中聚丙烯酸鹽的濃度為0.3wt％～1.0wt％。

進一步的，所述溶劑優(yōu)選包括水。

在一些較為優(yōu)選的實施方案中，前述第二混合物包含的氧化物與石墨烯的質(zhì)量比為5：1～20：1。

在一些較為優(yōu)選的實施方案中，前述步驟(d)包括：將所述第二混合物靜置后，除去上清液，并對余留的混合物進行過濾處理，之后以清洗劑清洗所獲濾出物，再將濾出物于40℃～80℃真空干燥，獲得所述石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料。

優(yōu)選的，所述清洗劑包括去離子水和/或乙醇等，且不限于此。

在本發(fā)明的一些具體實施案例中，一種制備石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料的方法可以包括如下步驟：

(a)在室溫下將聚丙烯酸鈉溶解于去離子水中，制備聚丙烯酸鈉分散液；

(b)在室溫下向聚丙烯酸鈉溶液中加入氧化物，攪拌；

(c)向步驟(b)所獲的混合體系中加入石墨烯，并超聲處理；

(d)持續(xù)攪拌步驟(b)所獲的混合體系20min以上，靜置，除去上清液之后進行抽濾，并用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次后置于60℃真空烘箱中干燥4h以上，即得到石墨烯包覆的氧化物導(dǎo)熱填料。

進一步，在前述步驟(a)中，可以通過高速攪拌將聚丙烯酸鈉溶解于去離子水中得到濃度為0.3wt％～1.0wt％的聚丙烯酸鈉溶液。優(yōu)選的，所述聚丙烯酸鈉溶液的濃度可以為0.7wt％。

本發(fā)明實施例還提供了由前述任一種方法制備的石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料。

進一步的，本發(fā)明中前述的氧化物優(yōu)選為球形或類球形顆粒，其粒徑小于100μm，尤其優(yōu)選為0.1μm～40μm。

進一步的，本發(fā)明中前述的氧化物包括氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂中的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。

進一步的，本發(fā)明中前述的聚丙烯酸鹽可優(yōu)選包括聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸鉀。尤為優(yōu)選的，所述聚丙烯酸鈉的重均分子量為8×10³～3×10⁷。

進一步的，本發(fā)明中前述的石墨烯的片徑為5μm～30μm，厚度≤10nm。

進一步的，本發(fā)明中前述的石墨烯可以通過市購、自制等途徑獲取。

本發(fā)明中通過使聚丙烯酸鹽于溶液中電離形成聚丙烯酸根離子，并使聚丙烯酸根離子特異性地吸附在氧化物的表面，進一步與石墨烯發(fā)生相互作用吸附在一起，從而形成石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料，使之在應(yīng)用時不僅能夠有效提升電子產(chǎn)品等的散熱元器件的散熱性能，而且還無損于電子產(chǎn)品等的其它性能。

綜述之，較之現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的石墨烯包覆氧化物導(dǎo)熱填料具有高導(dǎo)熱系數(shù)等優(yōu)點，適于作為電子產(chǎn)品等的導(dǎo)熱填料應(yīng)用，同時其制備工藝簡單，可操作性強，原料來源廣泛且環(huán)境友好、成本低。

附圖說明

圖1a是實施例1中氧化鋁粉體的掃描電鏡圖。

圖1b是實施例1中石墨烯包覆氧化鋁導(dǎo)熱填料的掃描電鏡圖。

具體實施方式

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長期研究和大量實踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案。如下將結(jié)合若干實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案、其實施過程及原理等作進一步的解釋說明。

實施例1石墨烯包覆氧化鋁導(dǎo)熱填料的制備方法包括：

(a)室溫下將2.0g的重均分子量為8×10³的聚丙烯酸鈉高速分散于2.8L去離子水中，得到濃度為1.0wt％的聚丙烯酸鈉分散液；

(b)室溫下向上述聚丙烯酸鈉分散液中加入200.0g氧化鋁粉體，其中氧化鋁的粒徑范圍為0.2～50μm。然后以7000r/min的轉(zhuǎn)速進行機械攪拌20min；

(c)向上述體系中加入40.0g片徑為5μm～30μm，厚度≤10nm的外購石墨烯，并超聲30min；

(d)機械攪拌上述體系20分鐘后，靜置，撇去上清液后進行抽濾，并用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次后，置于60℃真空烘箱中干燥4小時以上，即得到石墨烯包覆的氧化鋁粉體，所述粉體即為石墨烯包覆氧化鋁導(dǎo)熱填料。

參閱圖1a所示是包覆石墨烯前的氧化鋁粉體的SEM圖。參閱圖1b為石墨烯包覆氧化鋁導(dǎo)熱填料的SEM圖。

再按照ASTM D5470標準對上述石墨烯包覆氧化鋁導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱系數(shù)進行測試，結(jié)果表明該石墨烯包覆氧化鋁導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱系數(shù)為79.2W/mK，比未包覆的氧化鋁(28.3W/mK)的導(dǎo)熱系數(shù)增加了179.8％。而取前述聚丙烯酸鈉、石墨烯和氧化鋁粉體按照1：20：100的質(zhì)量比在去離子水中混合，再經(jīng)真空干燥形成的復(fù)合粉體的導(dǎo)熱系數(shù)為30.9W/mK。

實施例2該石墨烯包覆氧化鎂導(dǎo)熱填料的制備方法包括：

(a)室溫下將2.0g重均分子量為3×10⁷的聚丙烯酸鈉高速分散于2.8L去離子水中，得到0.3wt％的聚丙烯酸鉀分散液；

(b)室溫下向上述聚丙烯酸鉀分散液中加入200.0g氧化鎂粉體，其中氧化鎂的粒徑為0.2～10μm。然后以7000r/min的轉(zhuǎn)速進行機械攪拌20min；

(c)向上述體系中加入10.0g片徑為5μm～30μm，厚度≤10nm的外購石墨烯，并超聲30min；

(d)機械攪拌上述體系20分鐘后，靜置。撇去上清液后進行抽濾，并用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次后置于40℃真空烘箱中干燥10小時，即得到石墨烯包覆的氧化鎂粉體，所述粉體即為石墨烯包覆氧化鎂導(dǎo)熱填料。

按照ASTM D5470標準對上述石墨烯包覆氧化鎂導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱系數(shù)進行測試，結(jié)果表明該導(dǎo)熱填料具有良好導(dǎo)熱性能。

實施例3該石墨烯包覆氧化鋁/氧化鋅復(fù)合導(dǎo)熱填料的制備方法包括：

(a)室溫下將2.0g重均分子量為4×10⁶的聚丙烯酸鈉高速分散于2.8L去離子水中，得到0.7wt％的聚丙烯酸鈉分散液；

(b)室溫下向上述聚丙烯酸鈉分散液中加入200.0g復(fù)合粉體(其中氧化鋁和氧化鋅的粒徑范圍分別為0.2～50μm和0.2～10μm，兩者的質(zhì)量比為1:1)，以7000r/min的轉(zhuǎn)速進行機械攪拌20min；

(c)向上述體系中加入20.0g片徑為5μm～30μm，厚度≤10nm的自制石墨烯，并超聲30min；

(d)機械攪拌上述體系20分鐘后，靜置。撇去上清液后進行抽濾，并用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次后置于80℃真空烘箱中干燥4小時以上，得到的復(fù)合粉體即為石墨烯包覆氧化鋁/氧化鋅復(fù)合導(dǎo)熱填料。

按照ASTM D5470標準對上述石墨烯包覆復(fù)合導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱系數(shù)進行測試，結(jié)果表明該導(dǎo)熱填料具有良好導(dǎo)熱性能。

應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。