一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，屬于石墨烯材料的技術(shù)領(lǐng)域。解決現(xiàn)有的石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法工藝復(fù)雜、得到的石墨烯取向化低、導(dǎo)熱性能和拉伸強(qiáng)度低的問(wèn)題。該方法先將石墨浸泡在混酸溶液中，然后加入插層劑攪拌，得到混合溶液；然后將有機(jī)試劑加入到混合溶液中反應(yīng)，得到石墨烯的水分散液；在石墨烯分散液中加入天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維進(jìn)行超生處理，得到纖維石墨烯混合分散液；最后將纖維石墨烯混合分散液設(shè)置在基底上，烘干后得到的膜在500?900℃溫度下處理15?30分鐘，得到石墨烯導(dǎo)熱膜。本發(fā)明制備得到的石墨烯導(dǎo)熱膜具有高度取向化，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)1000?1500W/mK，力學(xué)拉伸強(qiáng)度30?70MPa。
【專利說(shuō)明】
一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于石墨烯材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)熱散熱在當(dāng)今電子、通訊、照明、航空及國(guó)防軍工等許多領(lǐng)域都具有重大的應(yīng)用需求。市場(chǎng)上主流的導(dǎo)熱材料仍多以鋁和銅金屬或合金為主，而近十幾年石墨導(dǎo)熱膜被廣泛應(yīng)用并迅速占領(lǐng)傳統(tǒng)材料的市場(chǎng)份額。石墨導(dǎo)熱膜的具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì):導(dǎo)熱系數(shù)較高300-1500w/m.k，高于鋁的各種合金及單質(zhì)銅材料；同時(shí)重量比鋁輕25 %，比銅輕75%；而且便于切割剪裁，使用方便。
[0003]目前石墨導(dǎo)熱膜制備方法主要有兩種，一種是以膨脹石墨為原料通過(guò)干法碾壓制成石墨膜，工藝簡(jiǎn)單成本低，但是導(dǎo)熱系數(shù)較低，一般在300-500W/m.K，而且抗彎折性差；另一種方法是通過(guò)將高分子薄膜高溫石墨制得高密度的石墨膜，這種工藝得到的石墨導(dǎo)熱較高1000-1500W/m.K，拉伸強(qiáng)度較大，但是工藝復(fù)雜能耗極高。
[0004]為了克服石墨膜的這些問(wèn)題，石墨烯導(dǎo)熱膜應(yīng)運(yùn)而生。因石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)最高可達(dá)到5300W/m.K，比碳納米管還要高，所以很多研究機(jī)構(gòu)大力開(kāi)發(fā)石墨烯導(dǎo)熱膜，以期望在成本、能耗、工藝、性能之間找到平衡點(diǎn)。CN103449423A公開(kāi)了一種以氧化石墨烯為原料通過(guò)涂膜等工藝來(lái)制備石墨烯導(dǎo)熱膜的方法，該工藝涉及到惰性氣氛高溫?zé)徇€原的過(guò)程，能耗較高，且氧化石墨還原不徹底等問(wèn)題。CN103805144A及CN104232027A均是以聚合物或其他表面修飾劑修飾的石墨稀同其他石墨、氧化石墨、碳纖、石墨稀等共混，通過(guò)穩(wěn)定劑、粘結(jié)劑的作用在抽濾處理過(guò)程中成膜，并高溫退火去除有機(jī)物或還原氧化石墨，工藝復(fù)雜。
[0005]根據(jù)最新的文獻(xiàn)中的描述，石墨烯片尺寸的大小對(duì)石墨烯的導(dǎo)熱影響十分的顯著，隨著石墨烯片尺寸的減小導(dǎo)熱系數(shù)幾何倍的下降，同時(shí)上述幾種方法都是以石墨烯片為原料，即使成膜也會(huì)存在晶界電阻，而這時(shí)嚴(yán)重影響石墨烯薄膜導(dǎo)熱的因素，因?yàn)椴牧系膶?dǎo)熱主要是通過(guò)電子導(dǎo)熱和聲子振動(dòng)，而石墨烯主要是通過(guò)電子導(dǎo)熱。所以可以得出，片越大的石墨烯，膜的導(dǎo)熱性就會(huì)越高。但是值得補(bǔ)充的是，片層大就會(huì)導(dǎo)致石墨烯卷曲、團(tuán)聚，成膜后會(huì)有大量的氣孔影響導(dǎo)熱，所有需要將石墨烯高度的取向化，減少氣泡，提高堆疊的連續(xù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法工藝復(fù)雜、得到的石墨烯取向化低、導(dǎo)熱性能和拉伸強(qiáng)度低的問(wèn)題，而提供一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法。
[0007]本發(fā)明提供一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，該方法包括:
[0008]步驟一:將石墨浸泡在混酸溶液中，然后加入插層劑攪拌，得到混合溶液；
[0009]步驟二:將有機(jī)試劑加入到步驟一得到的混合溶液中反應(yīng)，得到石墨烯的水分散液；
[0010]步驟三:在步驟二得到的石墨烯分散液中加入天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維進(jìn)行超生處理，得到纖維石墨烯混合分散液；
[0011]步驟四:將步驟三得到的纖維石墨烯混合分散液設(shè)置在基底上，烘干后得到的膜在500-900°C溫度下處理15-30分鐘，得到石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0012]優(yōu)選的是，所述的石墨烯的水分散液中，石墨烯厚度小于3納米，片層尺寸150-600微米，濃度l_20g/L。
[0013]優(yōu)選的是，所述的天然植物長(zhǎng)纖維為脫脂木纖維、棉纖維、濾紙粉碎紙漿或絲綢短切。
[0014]優(yōu)選的是，所述的聚合物長(zhǎng)纖維為再生纖維素纖維短切、尼龍短切、滌綸、錦綸、腈綸、氯綸、維綸或氨綸。
[0015]優(yōu)選的是，所述的天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維的加入量為石墨烯質(zhì)量的3-40%。
[0016]優(yōu)選的是，所述的天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維的長(zhǎng)度為0.5-7毫米，厚度為3-30微米。
[0017]優(yōu)選的是，所述的步驟三的超生處理時(shí)間為15-60分鐘。
[0018]優(yōu)選的是，所述的步驟三還包括在石墨烯分散液中加入碳納米管或短切碳纖維。
[0019]優(yōu)選的是，所述的纖維石墨烯混合分散液的濃度為0.3_2g/L。
[0020]優(yōu)選的是，所述的基底為銅箔、鋁箔或PET薄膜。
[0021]本發(fā)明的有益效果
[0022]本發(fā)明提供一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，該方法先將石墨浸泡在混酸溶液中，然后加入插層劑攪拌，得到混合溶液;然后將有機(jī)試劑加入到混合溶液中反應(yīng)，得到石墨烯的水分散液;在石墨烯分散液中加入天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維進(jìn)行超生處理，得到纖維石墨烯混合分散液;最后將纖維石墨烯混合分散液設(shè)置在基底上，烘干后得到的膜在500-900°C溫度下處理15-30分鐘，得到石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0023]由于石墨烯的輸水性在水中分散時(shí)會(huì)團(tuán)聚成絮狀，如果抽濾或是噴涂成膜會(huì)使得石墨烯混亂排列，從而影響整體的導(dǎo)熱性，并且氣孔率高。本發(fā)明利用纖維的親水性，和與石墨烯的吸附作用，降低石墨烯間的團(tuán)聚效果，而且纖維成膜時(shí)取向性好，使纖維帶動(dòng)石墨烯取向化成膜，本發(fā)明制備得到的石墨烯導(dǎo)熱膜具有高度取向化，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)1000-1500ff/mK，力學(xué)拉伸強(qiáng)度30-70MPa。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明提供一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，該方法包括:
[0025]步驟一:將石墨浸泡在混酸溶液中，然后加入插層劑攪拌，得到混合溶液；
[0026]步驟二:將有機(jī)試劑加入到步驟一得到的混合溶液中反應(yīng)，得到石墨烯的水分散液；
[0027]步驟三:在步驟二得到的石墨烯分散液中加入天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維進(jìn)行超生處理，得到纖維石墨烯混合分散液；
[0028]步驟四:將步驟三得到的纖維石墨烯混合分散液設(shè)置在基底上，烘干后得到的膜在500-900°C溫度下處理15-30分鐘，得到石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0029]按照本發(fā)明，先將石墨浸泡在混酸溶液中，然后加入插層劑攪拌，得到混合溶液；所述的攪拌時(shí)間優(yōu)選為6-24小時(shí)，優(yōu)選在攪拌之前，先將混合物進(jìn)行超生，所述的超生時(shí)間優(yōu)選為30min ；所述的石墨的質(zhì)量(g):混酸溶液的體積(ml)優(yōu)選為1:(200-1OOO)。為了增加反應(yīng)的劇烈程度和放氣量，優(yōu)選在浸泡時(shí)加入無(wú)機(jī)鹽，使剝離效果更好，所述的無(wú)機(jī)鹽的添加量?jī)?yōu)選為石墨質(zhì)量10-50%，所述的無(wú)機(jī)鹽優(yōu)選包括硝酸銨、氯酸鉀、高氯酸鉀、氯酸鋰、高氯酸鋰、五氧化二磷或過(guò)硫酸銨。
[0030]按照本發(fā)明，所述的石墨優(yōu)選為商品化的膨脹石墨或鱗片石墨，所述的石墨的碳含量?jī)?yōu)選為98%以上;所述的混酸溶液優(yōu)選由強(qiáng)吸水性濃酸和氧化性濃酸組成，強(qiáng)吸水性濃酸優(yōu)選包括濃硫酸、濃磷酸或焦硫酸，氧化性濃酸優(yōu)選包括濃硝酸、焦硫酸、碘酸、高碘酸、高氯酸或溴酸;所述的插層劑優(yōu)選選自碘酸、高碘酸、高氯酸、溴酸或氯磺酸中的一種或幾種;所述的強(qiáng)吸水性濃酸、氧化性濃酸和插層劑的體積比優(yōu)選為(0.5-8):(1-3): I;
[0031]按照本發(fā)明，將有機(jī)試劑加入到上述混合溶液中攪拌反應(yīng)，反應(yīng)異常劇烈，直到可流動(dòng)的混合液變成了接近固相的凝膠時(shí)，反應(yīng)結(jié)束，將上述凝膠水洗，將所得凝膠清洗至中性，通過(guò)超聲處理將所得的石墨烯分散液更好的分散，這樣可以將清洗過(guò)程中結(jié)塊的石墨烯分開(kāi)，成蓬松的絮狀，所述的超聲處理時(shí)間優(yōu)選為30分鐘，即可得到石墨烯的水分散液。
[0032]優(yōu)選的是，所述的有機(jī)試劑優(yōu)選為含有還原劑的有機(jī)試劑，更優(yōu)選包括水合肼、有機(jī)胺、還原性鹽的飽和水溶液或S的CS2飽和溶液;所述的有機(jī)胺優(yōu)選包括乙二胺或丙三;還原性鹽的飽和水溶液優(yōu)選包括NaS2、Na2S203或Na2S2O4;所述的混酸和有機(jī)試劑的體積比優(yōu)選為(2-10): (1-5);所述的攪拌反應(yīng)時(shí)間為2-10min。
[0033]按照本發(fā)明，為了使反應(yīng)最終得到的石墨烯在水中分散更好，優(yōu)選可以在混酸溶液中加入有機(jī)表面活性劑，也可在反應(yīng)結(jié)束后，將凝膠溶于極性有機(jī)溶劑中，然后再超聲水洗調(diào)整pH值，這樣得到的石墨烯分散性更好，而且單層更多，避免了一定的二次聚集。所述的有機(jī)表面活性劑的添加量?jī)?yōu)選為石墨質(zhì)量的5-25%，優(yōu)選包括PVP、PVA、PSS、十二烷基磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、triton X-100、P123、P127或CMC;所述的極性有機(jī)溶劑優(yōu)選為甲基甲酰胺(DMF)、N甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亞砜(DMSO);所述的混酸和極性有機(jī)試劑的體積比為(2-10):(5-10)
[0034]按照本發(fā)明，將上述石墨烯分散液中加入天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維進(jìn)行超生處理，所述的超生處理時(shí)間優(yōu)選為15-60分鐘，得到纖維石墨烯混合分散液;所述的纖維石墨烯混合液分散液的濃度優(yōu)選為0.3-2g/L，所述的石墨烯的水分散液中，石墨烯厚度優(yōu)選小于3納米，片層尺寸優(yōu)選為150-600微米，濃度優(yōu)選為l_20g/L。
[0035]按照本發(fā)明，所述的天然植物長(zhǎng)纖維優(yōu)選為脫脂木纖維、棉纖維、濾紙粉碎紙漿或絲綢短切;所述的聚合物長(zhǎng)纖維優(yōu)選為再生纖維素纖維短切、尼龍短切、滌綸、錦綸、腈綸、氯綸、維綸或氨綸。所述的天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維的加入量?jī)?yōu)選為石墨烯質(zhì)量的3-40%。所述的天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維的長(zhǎng)度優(yōu)選為0.5-7毫米，更優(yōu)選為1-5毫米，厚度優(yōu)選為3-30微米，更優(yōu)選為3-15微米。
[0036]按照本發(fā)明，為了提高力學(xué)性能，優(yōu)選在石墨烯分散液中加入碳納米管或短切碳纖維。所述的碳納米管的直徑優(yōu)選為20-50nm，長(zhǎng)度50-500微米，添加量?jī)?yōu)選為石墨烯質(zhì)量的5 %wt，短切碳纖維的添加量為石墨稀質(zhì)量的7.5% wt，短切碳纖維直徑優(yōu)選7微米，長(zhǎng)度3毫米。
[0037]按照本發(fā)明，將上述纖維石墨烯混合分散液設(shè)置在基底上，所述的基底沒(méi)有特殊限制，優(yōu)選為銅箔、鋁箔或PET薄膜，所述的纖維石墨烯混合分散液優(yōu)選通過(guò)抽濾或噴涂的方式設(shè)置在基底上，更優(yōu)選為噴涂方法，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0038]按照本發(fā)明，將上述噴涂或抽濾得到的膜連帶基底一同烘干后，壓光處理，然后通過(guò)機(jī)器揭下來(lái)，然后將上述處理過(guò)的膜在500-900°C溫度下空氣氣氛處理15-30分鐘，將摻雜的纖維煅燒干凈，此時(shí)由于使用的是高品質(zhì)極低含氧量的石墨烯，石墨烯在高溫下仍可保持穩(wěn)定。最后，將煅燒過(guò)的石墨烯再經(jīng)過(guò)多次等級(jí)壓光處理，排除氣孔，提高密度，最終得到純的石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0039]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述，實(shí)施例中涉及到的原料均為商購(gòu)獲得。
[0040]實(shí)施例1
[0041 ] 將1g膨脹石墨(25目)加入到200mL混酸(濃硫酸和濃硝酸)中，然后加入高氯酸，其中濃H2S04/HC104/濃HNO3 = 0.5/1/1，攪拌均勻封閉好，超聲處理30分鐘后，磁力攪拌6小時(shí)，然后在攪拌的同時(shí)向混合液中緩慢滴加10mL水合肼溶液，攪拌2min，上述混合物會(huì)體積急劇膨脹，變成黑色粘稠膠體，用去離子水將所得凝膠清洗至中性，超生處理30min，得到石墨烯的水分散液，所述的石墨烯的水分散液中，石墨烯厚度2納米，片層尺寸為300微米，濃度為10g/L;
[0042]向上述石墨烯分散液中加入脫脂木纖維短切，相對(duì)石墨烯的添加量為12.5%，纖維長(zhǎng)度3毫米，纖維粗細(xì)7微米，然后將混合溶液稀釋到0.3/L，超聲處理15分鐘，得到纖維石墨稀混合分散液；
[0043]將上述纖維石墨烯混合分散液用噴涂處理于銅箔基底上，將上述噴涂到的膜連帶基底一同60°C真空烘干，將烘干的膜壓光處理，然后通過(guò)機(jī)器將膜轉(zhuǎn)移下來(lái)，經(jīng)過(guò)上述處理的膜在900°C溫度下空氣氣氛處理15分鐘，將摻雜的脫脂木纖維短切煅燒干凈，此時(shí)由于使用的是高品質(zhì)極低含氧量的石墨烯，石墨烯在高溫下仍可保持穩(wěn)定。最后，將煅燒過(guò)的石墨烯再經(jīng)過(guò)多次等級(jí)壓光處理，排除氣孔，提高密度，最終得到純的石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0044]實(shí)施例1得到的石墨烯導(dǎo)熱膜導(dǎo)熱系數(shù)為1000W/mK，力學(xué)拉伸強(qiáng)度為50MPa。
[0045]實(shí)施例2
[0046]將1g鱗片石墨(200目)加入到IL混酸(濃硫酸和濃硝酸)中，然后加入溴酸，其中*H2S04/HBr03/濃ΗΝ03 = 8/1/3，攪拌均勻封閉好，超聲處理30分鐘后，磁力攪拌24小時(shí)，然后在攪拌的同時(shí)向混合液中緩慢滴加500mL水合肼溶液，攪拌I Omin，上述混合物會(huì)體積急劇膨脹，變成黑色粘稠膠體，用去離子水將所得凝膠清洗至中性，超生處理30min，得到石墨烯的水分散液，所述的石墨烯的水分散液中，石墨烯厚度2納米，片層尺寸為150微米，濃度為lg/L;
[0047]向上述石墨烯分散液中加入脫脂棉纖維短切，相對(duì)石墨烯的添加量為10%，纖維長(zhǎng)度3毫米，纖維粗細(xì)6微米，然后將混合溶液稀釋到1/L，超聲處理60分鐘，得到纖維石墨烯混合分散液；
[0048]將上述纖維石墨烯混合分散液用抽濾處理于鋁箔基底上，將上述噴涂到的膜連帶基底一同60°C真空烘干，將烘干的膜壓光處理，然后通過(guò)機(jī)器將膜轉(zhuǎn)移下來(lái)，經(jīng)過(guò)上述處理的膜在500°C溫度下空氣氣氛處理30分鐘，將摻雜的脫脂棉纖維短切煅燒干凈，此時(shí)由于使用的是高品質(zhì)極低含氧量的石墨烯，石墨烯在高溫下仍可保持穩(wěn)定。最后，將煅燒過(guò)的石墨烯再經(jīng)過(guò)多次等級(jí)壓光處理，排除氣孔，提高密度，最終得到純的石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0049]實(shí)施例2得到的石墨烯導(dǎo)熱膜導(dǎo)熱系數(shù)為1500W/mK，力學(xué)拉伸強(qiáng)度為40MPa。
[0050]實(shí)施例3
[0051 ] 將1g鱗片石墨(100目)加入到500mL混酸(濃硫酸和濃硝酸)中，然后加入高碘酸，其中濃H2S04/H104/濃ΗΝ03 = 3/1/2，攪拌均勻封閉好，超聲處理30分鐘后，磁力攪拌12小時(shí)，然后在攪拌的同時(shí)向混合液中緩慢滴加300mL水合肼溶液，攪拌5min，上述混合物會(huì)體積急劇膨脹，變成黑色粘稠膠體，用去離子水將所得凝膠清洗至中性，超生處理30min，得到石墨烯的水分散液，所述的石墨烯的水分散液中，石墨烯厚度2納米，片層尺寸為600微米，濃度為20g/L;
[0052]向上述石墨烯分散液中加入再生纖維素短切纖維，相對(duì)石墨烯的添加量為10%，纖維長(zhǎng)度2毫米，纖維粗細(xì)5微米，然后將混合溶液稀釋到1/L，超聲處理30分鐘，得到纖維石墨稀混合分散液；
[0053]將上述纖維石墨烯混合分散液用抽濾處理于鋁箔基底上，將上述噴涂到的膜連帶基底一同60°C真空烘干，將烘干的膜壓光處理，然后通過(guò)機(jī)器將膜轉(zhuǎn)移下來(lái)，經(jīng)過(guò)上述處理的膜在800°C溫度下空氣氣氛處理20分鐘，將摻雜的再生纖維素短切纖維煅燒干凈，此時(shí)由于使用的是高品質(zhì)極低含氧量的石墨烯，石墨烯在高溫下仍可保持穩(wěn)定。最后，將煅燒過(guò)的石墨烯再經(jīng)過(guò)多次等級(jí)壓光處理，排除氣孔，提高密度，最終得到純的石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0054]實(shí)施例3得到的石墨烯導(dǎo)熱膜導(dǎo)熱系數(shù)為1300W/mK，力學(xué)拉伸強(qiáng)度為30MPa。
[0055]實(shí)施例4
[0056]將1g膨脹石墨(25目)加入到200mL混酸(濃硫酸和濃硝酸)中，然后加入高氯酸，其中濃H2S04/HC104/濃HNO3 = 0.5/1/1，攪拌均勻封閉好，超聲處理30分鐘后，磁力攪拌6小時(shí)，然后在攪拌的同時(shí)向混合液中緩慢滴加10mL水合肼溶液，攪拌2min，上述混合物會(huì)體積急劇膨脹，變成黑色粘稠膠體，用去離子水將所得凝膠清洗至中性，超生處理30min，得到石墨烯的水分散液，所述的石墨烯的水分散液中，石墨烯厚度2納米，片層尺寸為300微米，濃度為10g/L;
[0057]向上述石墨烯分散液中加入維綸纖維(聚乙烯醇縮甲醛纖維)，相對(duì)石墨烯的添加量為15 %，纖維長(zhǎng)度2毫米，纖維粗細(xì)5微米，然后將混合溶液稀釋到1.5/L，超聲處理20分鐘，得到纖維石墨烯混合分散液；
[0058]將上述纖維石墨烯混合分散液用通過(guò)抽濾法制膜設(shè)置在銅箔基底上，將上述到的膜連帶基底一同60°C真空烘干，將烘干的膜壓光處理，然后通過(guò)機(jī)器將膜轉(zhuǎn)移下來(lái)，經(jīng)過(guò)上述處理的膜在900°C溫度下空氣氣氛處理15分鐘，將摻雜的維綸纖維煅燒干凈，此時(shí)由于使用的是高品質(zhì)極低含氧量的石墨烯，石墨烯在高溫下仍可保持穩(wěn)定。最后，將煅燒過(guò)的石墨烯再經(jīng)過(guò)多次等級(jí)壓光處理，排除氣孔，提高密度，最終得到純的石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0059]實(shí)施例4得到的石墨烯導(dǎo)熱膜導(dǎo)熱系數(shù)為1200W/mK，力學(xué)拉伸強(qiáng)度為45MPa。
[0060]實(shí)施例5
[0061 ] 將1g膨脹石墨(25目)加入到200mL混酸(濃硫酸和濃硝酸)中，然后加入高氯酸，其中濃H2S04/HC104/濃HNO3 = 0.5/1/1，攪拌均勻封閉好，超聲處理30分鐘后，磁力攪拌6小時(shí)，然后在攪拌的同時(shí)向混合液中緩慢滴加10mL水合肼溶液，攪拌2min，上述混合物會(huì)體積急劇膨脹，變成黑色粘稠膠體，用去離子水將所得凝膠清洗至中性，超生處理30min，得到石墨烯的水分散液，所述的石墨烯的水分散液中，石墨烯厚度2納米，片層尺寸為300微米，濃度為10g/L;
[0062]向上述石墨烯分散液中加入腈綸纖維(聚丙烯腈纖維)，相對(duì)石墨烯的添加量為9%，纖維長(zhǎng)度3毫米，纖維粗細(xì)7微米，然后將混合溶液稀釋到0.3/L，超聲處理20分鐘，得到纖維石墨烯混合分散液；
[0063]將上述纖維石墨烯混合分散液用通過(guò)噴涂處理在銅箔基底上，將上述到的膜連帶基底一同60°C真空烘干，將烘干的膜壓光處理，然后通過(guò)機(jī)器將膜轉(zhuǎn)移下來(lái)，經(jīng)過(guò)上述處理的膜在800°C溫度下空氣氣氛處理20分鐘，將摻雜的腈綸纖維煅燒干凈，此時(shí)由于使用的是高品質(zhì)極低含氧量的石墨烯，石墨烯在高溫下仍可保持穩(wěn)定。最后，將煅燒過(guò)的石墨烯再經(jīng)過(guò)多次等級(jí)壓光處理，排除氣孔，提高密度，最終得到純的石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0064]實(shí)施例5得到的石墨烯導(dǎo)熱膜導(dǎo)熱系數(shù)為1400W/mK，力學(xué)拉伸強(qiáng)度為45MPa。
[0065]實(shí)施例6
[0066]將1g膨脹石墨(25目)加入到200mL混酸(濃硫酸和濃硝酸)中，然后加入高氯酸，其中濃H2S04/HC104/濃HNO3 = 0.5/1/1，攪拌均勻封閉好，超聲處理30分鐘后，磁力攪拌6小時(shí)，然后在攪拌的同時(shí)向混合液中緩慢滴加10mL水合肼溶液，攪拌2min，上述混合物會(huì)體積急劇膨脹，變成黑色粘稠膠體，用去離子水將所得凝膠清洗至中性，超生處理30min，得到石墨烯的水分散液，所述的石墨烯的水分散液中，石墨烯厚度2納米，片層尺寸為300微米，濃度為10g/L;
[0067]向上述石墨烯分散液中加入腈綸纖維(聚丙烯腈纖維)和5%wt相對(duì)石墨烯量的多壁碳納米管，腈綸纖維相對(duì)石墨烯的添加量為9%，纖維長(zhǎng)度3毫米，纖維粗細(xì)7微米，碳管直徑30nm，長(zhǎng)度200微米，然后將混合溶液稀釋到0.3/L，超聲處理20分鐘，得到纖維石墨烯混合分散液；
[0068]將上述纖維石墨烯混合分散液用通過(guò)噴涂處理在銅箔基底上，將上述到的膜連帶基底一同60°C真空烘干，將烘干的膜壓光處理，然后通過(guò)機(jī)器將膜轉(zhuǎn)移下來(lái)，經(jīng)過(guò)上述處理的膜在800°C溫度下空氣氣氛處理20分鐘，將摻雜的腈綸纖維煅燒干凈，此時(shí)由于使用的是高品質(zhì)極低含氧量的石墨烯，石墨烯在高溫下仍可保持穩(wěn)定。最后，將煅燒過(guò)的石墨烯再經(jīng)過(guò)多次等級(jí)壓光處理，排除氣孔，提高密度，最終得到純的石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0069]實(shí)施例6得到的石墨烯導(dǎo)熱膜導(dǎo)熱系數(shù)為1500W/mK，力學(xué)拉伸強(qiáng)度為60MPa。
[0070]實(shí)施例7
[0071]將1g膨脹石墨(25目)加入到200mL混酸(濃硫酸和濃硝酸)中，然后加入高氯酸，其中濃H2S04/HC104/濃HNO3 = 0.5/1/1，攪拌均勻封閉好，超聲處理30分鐘后，磁力攪拌6小時(shí)，然后在攪拌的同時(shí)向混合液中緩慢滴加10mL水合肼溶液，攪拌2min，上述混合物會(huì)體積急劇膨脹，變成黑色粘稠膠體，用去離子水將所得凝膠清洗至中性，超生處理30min，得到石墨烯的水分散液，所述的石墨烯的水分散液中，石墨烯厚度2納米，片層尺寸為300微米，濃度為10g/L;
[0072]向上述石墨烯分散液中加入腈綸纖維(聚丙烯腈纖維)和7.5%wt相對(duì)石墨烯量的碳纖維短切，碳纖維短切直徑7微米，長(zhǎng)度3毫米，腈綸纖維相對(duì)石墨烯的添加量為9%，腈綸纖維長(zhǎng)度3毫米，腈綸纖維粗細(xì)7微米，碳管直徑30nm，長(zhǎng)度200微米，然后將混合溶液稀釋到
0.3/L，超聲處理20分鐘，得到纖維石墨烯混合分散液；
[0073]將上述纖維石墨烯混合分散液用通過(guò)噴涂處理在銅箔基底上，將上述到的膜連帶基底一同60°C真空烘干，將烘干的膜壓光處理，然后通過(guò)機(jī)器將膜轉(zhuǎn)移下來(lái)，經(jīng)過(guò)上述處理的膜在800°C溫度下空氣氣氛處理20分鐘，將摻雜的腈綸纖維煅燒干凈，此時(shí)由于使用的是高品質(zhì)極低含氧量的石墨烯，石墨烯在高溫下仍可保持穩(wěn)定。最后，將煅燒過(guò)的石墨烯再經(jīng)過(guò)多次等級(jí)壓光處理，排除氣孔，提高密度，最終得到純的石墨烯導(dǎo)熱膜。
[0074]實(shí)施例7得到的石墨烯導(dǎo)熱膜導(dǎo)熱系數(shù)為1500W/mK，力學(xué)拉伸強(qiáng)度為70MPa。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，其特征在于，該方法包括: 步驟一:將石墨浸泡在混酸溶液中，然后加入插層劑攪拌，得到混合溶液； 步驟二:將有機(jī)試劑加入到步驟一得到的混合溶液中反應(yīng)，得到石墨烯的水分散液； 步驟三:在步驟二得到的石墨烯分散液中加入天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維進(jìn)行超生處理，得到纖維石墨烯混合分散液； 步驟四:將步驟三得到的纖維石墨烯混合分散液設(shè)置在基底上，烘干后得到的膜在500-900°C溫度下處理15-30分鐘，得到石墨烯導(dǎo)熱膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，其特征在于，所述的石墨烯的水分散液中，石墨稀厚度小于3納米，片層尺寸150-600微米，濃度l-20g/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，其特征在于，所述的天然植物長(zhǎng)纖維為脫脂木纖維、棉纖維、濾紙粉碎紙漿或絲綢短切。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，其特征在于，所述的聚合物長(zhǎng)纖維為再生纖維素纖維短切、尼龍短切、滌綸、錦綸、腈綸、氯綸、維綸或氨綸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，其特征在于，所述的天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維的加入量為石墨烯質(zhì)量的3-40%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，其特征在于，所述的天然植物長(zhǎng)纖維或聚合物長(zhǎng)纖維的長(zhǎng)度為0.5-7毫米，厚度為3-30微米。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟三的超生處理時(shí)間為15-60分鐘。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟三還包括在石墨烯分散液中加入碳納米管或短切碳纖維。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，其特征在于，所述的纖維石墨烯混合分散液的濃度為0.3-2g/L。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導(dǎo)熱膜的制備方法，其特征在于，所述的基底為銅箔、鋁箔或PET薄膜。
【文檔編號(hào)】B05D3/02GK105964522SQ201610292668
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月5日
【發(fā)明人】牛利, 吳同舜
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所