复合碳材薄片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种复合碳材薄片的制作方法，是将石墨粉末或是氧化石墨粉末、纳米碳管粉末及少量黏胶混合形成一混合物，再以搅拌器材搅拌此一混合物使各种材料均匀散布，再通过压延或热压的制作过程得到复合碳材薄片。取决于制作过程中是否有加入水溶液，而区分成干法或湿法的制作过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种复合碳材的制作方式及依此方式所制作成的复合碳材，特别是关于一种具有良好导电导热能力的复合碳材。
技术介绍
碳元素可有多种不同形式的分子结构，包括石墨和纳米碳管；这些碳分子结构通常都会有不错的导电性及导热性，例如将石墨分离至石墨烯薄片时，其电阻约10-4至10-6Ω-cm，其导热系数约5000W/mK至6000W/mK。由于碳分子的特性，在电子产品上会广泛的运用碳来增加导热性，同时，碳的导电性也可运用在电磁干扰EMI（electromagneticdisturbance）上面，当然，也可将导电性及导热性结合运用；为了使碳材的特性、结构及形状符合使用者的需求，便需要对碳分子加工以形成特定的碳材。一般而言，只利用石墨烯或是纳米碳管等碳源，是无法制备成一碳材的，通常会加入高分子并制成一具有石墨烯或是纳米碳管分散于高分子中的高分子复合碳材，但通常此复合碳材并不具备优良的导电导热性。要将石墨烯推向实际应用，必须要发展出一个大面积且高质量合成石墨烯的制备方法。在过去，制造石墨烯的现有技术包含机械剥离法（mechanicalexfoliation）、外延生长法（Epitaxialgrowth）、化学气相沉积法（chemicalvapordeposition，CVD）及化学剥离法（chemicalexfoliation）等。其中，机械剥离法及外延生长法，虽然可以获得质量较佳之石墨烯，但这两种方法均无法大面积合成石墨烯。化学气相沉积法的制备过程，则必须使用近千摄氏度的高温及昂贵的金属基材(如铜或镍)，而有制造成本上的瓶颈。目前已知用于电子产品的碳材，主要有两种加工方式，第一种为先将氧化石墨加热至1000摄氏度，在高温下氧化石墨会膨胀，再将膨胀石墨经由挤压形成石墨片；第二种是将芳香族聚亚酰铵高分子薄膜加热至3000摄氏度，于高温时使高分子会碳化进而形成石墨薄片。由于上述制作过程需要高温的条件，因此会有成本过高、能源浪费、制作过程时间长及制作过程繁杂的问题，另外，在处理石墨或纳米碳管的制作过程中会使用大量的强酸或强氧化剂先将石墨或是纳米碳管氧化，此种氧化过程中，石墨烯或纳米碳管的晶格会遭到破坏，且无法将所有的氧化官能基还原，因此无法得到高质量大面积的石墨烯，而且有造成环境污染的疑虑；因此，本专利技术认为有需要提出一种新的碳材制作方法。
技术实现思路
如前所述，本专利技术提出了一种复合碳材薄片及制作方法，运用简单的制作过程，即可将石墨或是氧化石墨、纳米碳管及少量胶黏剂制成导电性及导热性良好的复合碳材。根据以上目的，本专利技术提出了一种复合碳材薄片，包括：复数个石墨或是氧化石墨粒子及复数个纳米碳管，其中，石墨或是氧化石墨粒子呈平板状且彼此整齐堆栈排列，且每一石墨或是氧化石墨粒子之间会产生复数个空隙，空隙中充填了纳米碳管及胶黏剂。本专利技术又提出了一种复合碳材薄片的制作方法，包括：将石墨或是氧化石墨粉末、纳米碳管粉末及胶黏剂粉末混合得到一混合粉末；将混合粉末以搅拌掺混装置搅拌均匀；将混合粉末以震荡搅拌装置搅拌均匀；及压延混合粉末，使混合粉末形成复合碳材薄片。本专利技术又提出了一种复合碳材薄片的制作方法，包括：将纳米碳管粉末、石墨或是氧化石墨水溶液及胶黏剂混合，得到一混合溶液；将混合溶液以搅拌装置搅拌均匀；将混合溶液以震荡装置震荡均匀；过滤混合溶液，得到一湿润的膜材；及热压湿润的膜材，使湿润的膜材形成复合碳材薄片。根据本专利技术所提出的复合碳材薄片及制作方法，通过少量的胶黏剂、压延或热压的制作过程，使碳材间产生键合力而能结合，进而产生良好的导电性及导热性。根据本专利技术所提出的复合碳材薄片及制作方法，制作过程中不需要高温加热，使得复合碳材薄片的制作成本较现有的导电导热碳材更低，也能降低制作导电导热碳材对环境所造成的影响。附图说明图1为石墨本身以及氧化过程之示意图；图2为本专利技术的碳材混合物的微观状态示意图；图3为本专利技术的复合碳材薄片的微观状态示意图；图4为本专利技术第一至第三实施例的复合碳材薄片干法制作过程方法流程示意图；图5为本专利技术第四至第六实施例的复合碳材薄片湿法制作过程方法流程示意图。附图标记说明：石墨1石墨粒子11氧化石墨粒子12氧化石墨2纳米碳管20胶黏剂30复合碳材4复合碳材薄片4a步骤701~704、801~805。具体实施例本专利技术的目的是提供一种复合碳材薄片及其制作方法，对于下述内容中的描述所参照的附图，其作用仅在示意表达本专利技术的复合碳材薄片及其制作方法的相关特征，并不因此而限制本专利技术所要保护的
技术实现思路
范围，这是应该先说明的。石墨稀是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状的晶格结构，而纳米碳管则是由石墨稀卷绕成的管状结构，其中，碳结构的变化会带来纳米碳管或石墨稀不同的电性。以单层纳米碳管来说，依石墨稀卷绕的方式或其碳管直径大小，可形成具金属或半导体特性的纳米碳管，其能隙介于0~2电子伏特（eV）；而多层纳米碳管则为零能隙的导体。完整且独立的单层石墨稀为零能隙的导体，其电性能会受石墨稀尺寸、贴附的基材种类、表面缺陷等影响。首先，请参件图1，图1是石墨1进行氧化至分散至溶剂中的过程之示意图。如图1所示，石墨1可视为由石墨粒子11堆栈而成，而氧化石墨2系为化学法剥离石墨1，石墨1经由氧化或脱层之后所获得的一种表面键合氧化基团之石墨烯材料，经由步骤（1），石墨在氧化后，氧化石墨会键合了大量的氧化官能基，例如环氧基（epoxy，C=O）和羟基（hydroxyl，C-OH）会形成于基面上，而羧基（carboxyl，COOH）、羰基（carbonyl，C-O）等则分布于边界处，使得石墨烯克服石墨1层间的范德华力而剥离，而在步骤（2）中，辅以超音波震荡来帮助后续的剥离步骤，使其分散在溶剂中，此外，通过调控震荡的时间，可以获得不同尺寸的石墨薄片。在微观的情况下，可以视为是由复数个氧化石墨粒子12整齐堆栈而成，每一氧化石墨粒子12具有多个氧化石墨片堆积而成，较佳条件下，每一氧化石墨粒子12为单一氧化石墨片。接着，请参阅图2，是本专利技术的碳材混合物4的微观状态示意图。将如图1所示的石墨1、纳米碳管20及胶黏剂30混合并搅拌均匀，其中依制作过程的不同需求，可以分成干法制作过程及湿法制作过程；在干法制作过程中，是将石墨1及纳米碳管20以9∶1~1∶9的比例混合搅拌，再加入胶黏剂30并且再次搅拌，此时以微观的角度来观察碳材混合物4，便会形成如图3所示的情况，另外，在将上述材料混合前，石墨1可经过进一步的氧化处理形成氧化石墨2，再与其它材料进行混合；在湿法制作过程中，是将石墨1或是氧化石墨2和掺有纳米碳管20的水溶液混合并搅拌均匀，其中氧化石墨2及纳米碳管20的固态比例是9∶1~1∶9，接着加入水性的胶黏剂30并再次搅拌均匀，其中胶黏剂30占整体的重量百分比为0.3%~30%，此时以微观的角度来观察碳材混合物4，便会形成如图3所示的情况。接着，请参阅图3，图3为本专利技术的复合碳材薄片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合碳材薄片，包括复数石墨粒子、复数纳米碳管及一胶黏剂，其特征在于，该些石墨粒子呈平板状且于一第一方向上呈平行排列，并于一第二方向上呈整齐堆栈排列，该第一方向与该第二方向互相垂直，该些石墨粒子之间存在复数个空隙，该些纳米碳管及该胶黏剂充填于该些空隙中。

【技术特征摘要】
1.一种复合碳材薄片，包括复数石墨粒子、复数纳米碳管及一胶黏剂，其特征在于，该些石墨粒子呈平板状且于一第一方向上呈平行排列，并于一第二方向上呈整齐堆栈排列，该第一方向与该第二方向互相垂直，该些石墨粒子之间存在复数个空隙，该些纳米碳管及该胶黏剂充填于该些空隙中。
2.根据权利要求1所述的复合碳材薄片，其特征在于，所述石墨粒子包含氧化石墨粒子。
3.根据权利要求1所述的复合碳材薄片，其特征在于，所述纳米碳管可以是单层壁纳米碳管、双层壁纳米碳管及多层壁纳米碳管中的一种。
4.根据权利要求1所述的复合碳材薄片，其特征在于，所述胶黏剂是橡胶、聚乙烯醇、水性聚氨基甲酸酯、热塑性聚氨基甲酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、甲壳素、纤维素、聚丙烯、聚乙烯及聚对苯二甲酸乙二酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的复合碳材薄片，其特征在于，复合碳材薄片具有一厚度，该厚度介于0.001毫米至1毫米之间。
6.根据权利要求1所述的复合碳材薄片，其特征在于，所述氧化石墨粒子与所述纳米碳管的重量比例介于9∶1至1∶9之间。
7.一种复合碳材薄片的制作方法，包括：
将石墨粉末、纳米碳管粉末及胶黏剂粉末混合得到一混合粉末；
均匀混合该混合粉末中的所述石墨粉末、所述纳米碳管粉末及所述胶黏剂粉末；
均匀分散所述混合粉末中的所述石墨粉末、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建嘉，
申请(专利权)人：劲烯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71