一种导热石墨烯-高分子材料复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导热石墨烯‑高分子材料复合膜，其为一多层复合薄膜，其由以下重量百分比的组分制成：石墨烯20％～40％，纳米纤维素30％～40％，热塑性高分子材料30％～40％。本发明专利技术该公开了其制备方法，其包括如下步骤：分别将石墨烯、纳米纤维素、热塑性高分子加入分散剂中，搅拌、超声，制得分散液；按照设定重量比混合搅拌、超声，得到混合液；将部分混合液干燥后倒在模具里干燥，制得单层导热石墨烯‑高分子材料复合膜；重复多次，将各单层堆叠在一起，即制得到具有热驱动三级形状记忆特性的、多层各向异性导热石墨烯‑高分子材料复合膜，该复合薄膜具有柔韧性，高横向导热率，低垂直导热率，高导热各向异性及热驱动的三级形状记忆性能。

A heat conducting graphene polymer composite film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种导热石墨烯-高分子材料复合膜及其制备方法
本专利技术涉及功能复合材料，属于导热高分子材料复合材料及形状记忆高分子材料复合材料领域，尤其涉及一种热驱动三级形状记忆的多层各向异性导热石墨烯-高分子材料复合膜及其制备方法，
技术介绍
形状记忆材料(shapememorymaterial，SMM)是一种刺激-响应型材料，因其独特的形状记忆性能而受到广泛关注。它能够感知外界环境变化的刺激(如温度、电、光、磁、溶剂、pH等)，并对这些刺激作出响应，由临时形状回复到初始形状。形状记忆聚合物(shapememorypolymer，SMP)与其它的SMM相比(如形状记忆合金、形状记忆陶瓷等)具有形状回复率大、响应温度低、成本低、加工成型性能优异、易于改性等优点，在生物医用，信息电子，智能器件等领域具有非常广泛的应用前景。石墨烯是一种具有包括高比表面积、优异力学性能、优良导电性能等在内的一系列优异性能的二维碳纳米材料。值得注意的是，石墨烯拥有目前已知最高的导热系数，其在室温下的理论导热系数高达5300W·m-1·K-1。因此，将其添加到高分子材料中不仅可以明显改善高分子材料导热性能，并且能够保留高分子材料其他特性。纤维素材料是一种取自大自然的高分子材料。它具有包括透明、质轻、高强等在内的高分子材料的性能，还兼具生物相容性好、来源广泛、可再生、可降解在内的特性纳米纤维素作为一种一维纳米纤维还具有比表面积的特点。其表面丰富的含氧官能团为其与其他高分子材料和无机填料产生相互作用提供了良好条件。因此，纳米纤维素可以用来增强材料的力学性能。现有技术中，形状记忆材料拥有在外部刺激下产生形状变化的能力，是一种智能材料。形状记忆高分子材料具有包括质轻、价廉、耐化学腐蚀、易加工在内的高分子材料的特点。与形状记忆合金相比形状记忆高分子材料具有形状回复率高、记忆回复温度宽等优点。因此，形状记忆高分子材料在传感器、航天航空等领域表现出了巨大的应用潜景。现有技术中，中国专利技术专利申请号201811061546.2公开了一种多重驱动型形状记忆复合材料及其制备方法，其中，多重驱动型形状记忆复合材料，所述复合材料以热致形状记忆聚合物作为基体，所述基体的表面附着石墨烯薄膜；所述多重驱动包括热驱动、电驱动和光驱动。该专利技术提供的多重驱动型形状记忆复合材料可以实现热驱动、电驱动和光驱动，扩展了应用领域。但是，上述专利技术提供的形状记忆高分子材料只拥有一个永久形状和一个临时形状，而无法实现拥有一个永久形状和两个不同的临时形状的三级形状记忆，因此，其能够完成的功能较少、使其应用领域仍然受到较大的局限；同时，现有的形状记忆复合材料的制备方法也较为复杂、采用的组分价格较高，整体成本高，难以产业化推广应用。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于，提供一种能够实现热驱动三级形状记忆的多层各向异性导热石墨烯-高分子材料复合膜材料及其制备方法，使制得的复合膜材料具有柔韧性，高横向导热率，低纵向导热率，高导热各向异性及热驱动三级形状记忆性能；同时改进制备方法，简化其工艺，降低整体制造成本，以利于产业化推广应用。为了达到上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种导热石墨烯-高分子材料复合膜,其特征在于，其为一多层复合薄膜，其具有导热各向异性和热驱动三级形状记忆特性，由以下重量百分比的组分制成：石墨烯20％～40％，纳米纤维素30％～40％，热塑性高分子材料30％～40％。所述的石墨烯平均水平尺寸为10～15μm，平均厚度为1～5nm,氧元素含量≤2.0％；所述的纳米纤维素的直径为5～100nm，长径比为100～1000。所述的热塑性高分子材料为两种不同组分的热塑性高分子材料(即A+B)，其使用温度分别为A、B，且A、B之间相差大于20℃；该热塑性高分子材料该为聚乙二醇、聚氨酯、聚己内酯、石蜡、热塑性聚酰亚胺等制成的混合物。前述的导热石墨烯-高分子材料复合薄膜的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：(1)石墨烯加入分散剂中，搅拌0.5～1h，超声5～10min，配制浓度为1～3mg/mL的石墨烯分散液；(2)纳米纤维素加入分散剂中，搅拌0.5～1h，超声5～10min，配制浓度为1～3mg/mL的纳米纤维素分散液；(3)热塑性高分子材料加入分散剂中，搅拌0.5～1h，超声5～10min，配制浓度为1～3mg/mL的热塑性高分子材料分散液；(4)将步骤(1)得到的石墨烯分散液和步骤(3)得到的高分子材料分散液按照设定重量比混合，搅拌0.5～1h，超声5～10min，得到浓度为5～10mg/mL的石墨烯-高分子材料混合液；(5)将步骤(2)得到的纳米纤维素分散液和步骤(3)得到高分子材料分散液的按照设定重量比混合，搅拌0.5～1h，超声5～10min，得到浓度为5～10mg/mL的纳米纤维素-高分子材料混合液；(6)将石墨烯-高分子材料混合液和纳米纤维素-高分子材料混合液置于真空干燥箱中，在室温下真空环境中静置0.5～1h，脱出混合液中存在的气体；(7)将设定量的石墨烯-高分子材料混合液倒在模具里置于40～50℃的烘箱中干燥6～10h，再将设定量的纳米纤维素-高分子材料混合液倒在模具里置于40～50℃的烘箱干燥6～10h，制得单层导热石墨烯-高分子材料复合膜；(8)重复步骤(7)多次，将各单层堆叠在一起，即制得到具有热驱动三级形状记忆特性的、多层各向异性导热石墨烯-高分子材料复合膜。前述的制备方法中，其特征在于，所述的分散剂为去离子水、环己烷、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺等溶剂中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和效果：(1)本分专利技术提供的导热石墨烯-高分子材料复合膜，具备两个响应(触发)温度的热驱动三级形状记忆的特性，该材料拥有一个永久形状和两个不同的临时形状；因此，与传统形状记忆高分子材料相比，该三级形状记忆高分子材料能够实现更加复杂的功能动作，从而进一步提高了材料的应用范围。(2)本专利技术的导热石墨烯-高分子材料复合膜，具有多层各向异性，具体具有高横向导热率、低垂纵向热率，高导热各向异性的基础上，其横向与纵向导热的各向异性比值较大，可达20-35或者更高，其结合所具有两个响应温度的三级热驱动型状记忆的特性，可以使材料具有更为独特的功能，应用于更为广泛、复杂的控制领域。(3)本专利技术对高分子材料与石墨烯组分及制备方法进行了同步的优化设计，使其能够获得具有多层结构的复合膜，同时添加纳米纤维素作为增强相使得复合膜具有良好的柔韧性。(4)本专利技术提供的导热石墨烯-高分子材料复合膜的制备方法，工艺紧凑、易于控制，对设备要求不高，操作方法简单，可调性大,原料易得，整体制造成本低，易于产业化应用推广。附图说明图1为本专利技术实施例中三层复合膜横截面的电镜图；图2为本专利技术实施例中三层复合膜的剖面结构示意图；图3为本专利技术实施例中石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热石墨烯-高分子材料复合膜,其特征在于，其为一多层复合薄膜，其具有导热各向异性和热驱动三级形状记忆特性，由以下重量百分比的组分制成：/n石墨烯 20％～40％，/n纳米纤维素 30％～40％，/n热塑性高分子材料 30％～40％。/n

【技术特征摘要】
1.一种导热石墨烯-高分子材料复合膜,其特征在于，其为一多层复合薄膜，其具有导热各向异性和热驱动三级形状记忆特性，由以下重量百分比的组分制成：
石墨烯20％～40％，
纳米纤维素30％～40％，
热塑性高分子材料30％～40％。


2.如权利要求1所述的导热石墨烯-高分子材料复合膜，其特征在于，所述的石墨烯平均水平尺寸为10～15μm，平均厚度为1～5nm,氧元素含量≤2.0％。


3.如权利要求1所述的导热石墨烯-高分子材料复合膜，其特征在于，所述的纳米纤维素的直径为5～100nm，长径比为100～1000。


4.如权利要求1所述的导热石墨烯-高分子材料复合膜，其特征在于，所述的热塑性高分子材料为两种不同组分的热塑性高分子材料制成，其使用温度分别为A、B，且A、B之间相差大于20℃。


5.如权利要求4所述的导热石墨烯-高分子材料复合膜，其特征在于，所述的热塑性高分子材料，为聚乙二醇、聚氨酯、聚己内酯、石蜡、热塑性聚酰亚胺制成的混合物。


6.如权利要求1-5之一所述的导热石墨烯-高分子材料复合薄膜的制备方法，其特征在于,其包括以下步骤：
(1)石墨烯加入分散剂中，搅拌0.5～1h，超声5～10min，配制浓度为1～3mg/mL的石墨烯分散液；
(2)纳米纤维素加入分散剂中，搅拌0.5～1h，超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁鹏，崔思奇，宋娜，施利毅，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31