一种高导热的石墨烯厚膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热石墨烯厚膜及其制备方法。将氧化石墨烯膜表面均匀喷涂一层液体，表面溶胀后将多张氧化石墨烯膜粘结在一起，待其干燥后氧化石墨烯膜可通过粘结界面处的作用力实现自粘结，通过进一步低温热压使得每层氧化石墨烯膜之间粘结更加紧实，最终经过低温加热预还原，高温高压热处理修复缺陷即可得到高导热的石墨烯复合膜。该高导热的石墨烯复合的厚度大于50μm，面向热导率为1000～2000W/mK，在高频率高热流密度器件中有较大的使用前景。

High thermal conductivity graphene thick film and preparation method thereof

The invention discloses a high thermal conductivity graphene thick film and a preparation method thereof. The graphene oxide film on the surface of sprayed a layer of liquid, the surface swelling after many pieces of graphene oxide film bonded together to dry after the graphene oxide film can achieve self adhesive force by bonding interface, further makes low temperature and pressure between each layer of graphene oxide film bonding firm, eventually after low temperature heating reduction, high temperature and high pressure heat treatment defects can be obtained graphene composite membrane with high thermal conductivity. The high thermal conductivity graphene composite has a thickness of greater than 50 mu m and a thermal conductivity of 1000 to 2000W/mK, and has great application prospects in high frequency and high heat flux density devices.

【技术实现步骤摘要】
一种高导热的石墨烯厚膜及其制备方法
本专利技术涉及新型导热材料及方法，尤其涉及一种高导热的石墨烯厚膜及其制备方法。
技术介绍
2010年，英国曼彻斯特大学的两位教授AndreGeiM和KonstantinNovoselov因为首次成功分离出稳定的石墨烯获得诺贝尔物理学奖，掀起了全世界对石墨烯研究的热潮。石墨烯(Graphene)，又称单层石墨，一种由碳原子组成的平面薄膜，自石墨材料中剥离，只有一个碳原子的厚度，是由单层碳原子呈蜂巢晶格排列形成的二维材料。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键(carbon-carbonbond)仅为石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×105cM2/Vs)，突出的导热性能(5000W/(MK)，超常的比表面积(2630M2/g)，其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)。同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点，而其良好的机械性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。宏观组装氧化石墨烯或者石墨烯纳米片的石墨烯膜是纳米级石墨烯的主要应用形式，常用的制备方法是抽滤法、刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法等。通过进一步的高温处理，能够修补石墨烯的缺陷，能够有效的提高石墨烯膜的导电性和热导性，可以广泛应用于智能手机、智能随身硬件、平板电脑、笔记本电脑等高散热需求随身电子设备中去。但是目前，高导热的宏观组装石墨烯膜通常厚度为5μm～30μm，而厚度在几百微米以上的石墨烯厚膜或者石墨烯块材由于其中的石墨烯片层间距偏大或不均匀等问题，其面向导热率通常仅为400～800W/mK。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种高导热的石墨烯厚膜及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高导热的石墨烯厚膜，所制备的石墨烯厚膜的厚度大于50μm，孔隙率为5～40％；石墨烯片层褶皱密度控制在50-500mm/mm2,且石墨烯片的缺陷少，其ID/TG＜0.02，面向热导率为1000～2000W/mK。石墨烯厚膜无分层现象，任意两个相邻的石墨烯片的片层间距小于20nm。进一步地，所述制备方法包含如下步骤：(1)将平均尺寸大于50μm的氧化石墨烯配制成浓度为1～20mg/mL氧化石墨烯水溶液，溶液成膜后自然晾干，得到氧化石墨烯膜。(2)多张氧化石墨烯膜进行复合，具体为：在氧化石墨烯膜表面进行均匀喷涂液体，使之表面溶胀，然后将多张氧化石墨烯膜沿厚度方向粘接在一起。(3)将粘接后的氧化石墨烯复合膜放置在烘箱烘干，烘箱的温度低于40℃。(4)将烘干后的氧化石墨烯复合膜置于热压机的热压腔中，以0.1～5℃/min的速率升温到200℃后进行热压，重复以下热压过程8-10次：维持压力20MPa，维持1h；逐渐释放压力至0MPa，对热压腔抽真空5min至真空度为-100～10KPa；然后再以0.1～5℃/min的速率升温300℃，保温0.5h，然后进行热压，重复以下热压过程4-6次：维持压力60MPa，维持1h，逐渐释放压力至0MPa，对热压腔抽真空5min至真空度为-100～10KPa；热压过程结束后自然降温。(5)将步骤4热压后的氧化石墨烯膜在惰性气体氛围下以1～20v/min的速率升温到1800～3000℃进行进一步热压，保温保压0.5～8h；压力为60MPa。降温后，得到高导热的石墨烯厚膜。进一步地，所述步骤1制备的氧化石墨烯膜的厚度为1～30μm。进一步地，所述步骤1中的成膜方法选自抽滤法、刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法等。进一步地，所述的步骤1制备的氧化石墨烯膜的碳氧比1.8～2.1。进一步地，所述的步骤2喷涂所使用的液体为：去离子水，浓度为1～10mg/mL的氧化石墨烯水溶液，或其它含有去离子水的溶液。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过将氧化石墨烯膜表面溶胀后，使得多张氧化石墨烯膜粘接在一起，待其干燥后氧化石墨烯膜可通过粘接界面处的作用力实现自粘结，通过进一步低温热压使得氧化石墨烯膜之间粘结更加紧实，实现氧化石墨烯厚膜的制备。最终经过低温加热预还原，再高温热压处理的方式，修复石墨烯膜结构缺陷，控制了石墨烯片层褶皱密度，提高了石墨烯片的取向程度，使得石墨烯膜最高程度的形成三维石墨结构，保证了石墨烯导热通路的畅通，可得到高导热的石墨烯厚膜。该高导热的石墨烯厚膜具有柔性，可弯折，导热性能高。附图说明图1为使用去离子水粘接成的石墨烯厚膜的SEM截面图；图2为使用氧化石墨烯水溶液粘接成的石墨烯厚膜的SEM截面图。具体实施方式本专利技术公开了一种利用氧化石墨烯的自粘接性能制备高导热的石墨烯厚膜及其制备方法。为实现氧化石墨烯膜的粘结，本专利技术将氧化石墨烯膜表面均匀喷涂一层水或者稀的氧化石墨烯溶液，表面溶胀后将多张氧化石墨烯膜粘接在一起，从而使氧化石墨烯薄膜之间通过氢键和范德华力作用，能够在膜粘接的界面处实现自粘结，氧化石墨烯膜之间融合为一体，膜与膜之间的界面几乎消失。通过进一步低温热压，高温热压退火还原，使得石墨烯膜褶皱极少，石墨烯片层上缺陷几乎全部修复，形成完美的三维石墨结构，相互接触的石墨烯片层之间有一定的融合，最终得到厚度大于50μm的高导热石墨烯厚膜。经测试，孔隙率为5～40％；石墨烯片层褶皱密度控制在50～500mm/mm2，且石墨烯片的缺陷少，其ID/TG＜0.02，面向热导率为1000～2000W/mK。石墨烯厚膜无分层现象，任意两个相邻的石墨烯片的片层间距小于20nm，具有很大的实际应用价值。下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的描述。本实施例只用于对本专利技术做进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述专利技术的内容做出一些非本质的改变和调整，均属于本专利技术的保护范围。实施例1：(1)将平均尺寸大于50μm的氧化石墨烯配制成浓度为7mg/mL氧化石墨烯水溶液，用刮膜法，铺厚度为5mm的氧化石墨烯溶液成膜后自然晾干得到氧化石墨烯膜。(2)将两张尺寸为8cm*8cm的氧化石墨烯膜用液体涂覆进行复合，具体为：在氧化石墨烯膜表面进行均匀涂覆一层浓度为4mg/mL的氧化石墨烯水溶液，然后将多张氧化石墨烯膜沿厚度方向粘接在一起。(3)将粘接后的氧化石墨烯复合膜放置在烘箱烘干，烘箱的温度为40℃。(4)将烘干后的氧化石墨烯复合和原石墨烯膜分别置于热压机的热压腔中，以2℃/min的速率升温到200℃后进行热压，重复以下热压过程10次：维持压力20MPa，维持1h；逐渐释放压力至0MPa，对热压腔抽真空5min至真空度为-50KPa；然后再以2℃/min的速率升温300℃，保温0.5h，然后进行热压，重复以下热压过程5次：维持压力60MPa，维持1h，逐渐释放压力至0MPa，对热压腔抽真空5min至真空度为-50KPa；热压过程结束后自然降温。(5)将步骤4热压后的膜在惰性气体氛围下以5℃/min的速率升温到2800℃进行进一步热压，保温保压2h；压力为60MPa。降温后，得到高导热的石墨烯膜。经过以上步骤，氧化石墨烯膜通过粘处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热的石墨烯厚膜，其特征在于，所制备的石墨烯厚膜的厚度大于50μm，孔隙率为5～40％，面向热导率为1000～2000W/mK，；石墨烯片层褶皱密度控制在50～500mm/mm

【技术特征摘要】
1.一种高导热的石墨烯厚膜，其特征在于，所制备的石墨烯厚膜的厚度大于50μm，孔隙率为5～40％，面向热导率为1000～2000W/mK，；石墨烯片层褶皱密度控制在50～500mm/mm2，且石墨烯片的缺陷少，其ID/TG＜0.02，石墨烯厚膜无分层现象，任意两个相邻的石墨烯片的片层间距小于20nm。2.根据权利要求1所述的一种高导热的石墨烯厚膜，其特征在于，所述制备方法包含如下步骤：(1)将平均尺寸大于50μm的氧化石墨烯配制成浓度为1～20mg/mL氧化石墨烯水溶液，溶液成膜后自然晾干，得到氧化石墨烯膜。(2)将多张氧化石墨烯膜进行复合，具体为：在氧化石墨烯膜表面进行均匀喷涂液体，使之表面溶胀，然后将多张氧化石墨烯膜沿厚度方向粘接在一起。(3)将粘接后的氧化石墨烯复合膜放置在烘箱烘干，烘箱的温度不高于40℃。(4)将烘干后的氧化石墨烯复合膜置于热压机的热压腔中，以0.1～5℃/min的速率升温到200℃后进行热压，重复以下热压过程8-10次：维持压力20MPa，维持1h；逐渐释放压力至0MPa，对热压腔抽真空5min至真空度为-100～10KPa；然后再以0.1～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超，郭燕，
申请(专利权)人：杭州高烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33