石墨烯层压板及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于石墨烯技术领域，特别涉及石墨烯层压板及其制备方法和应用，包括在1000℃下退火的步骤，以及对石墨烯箔施以150℃，5MPa机械压缩以获得石墨烯层压板的步骤，所述退火和机械压缩同时进行。所制备得到的石墨烯层压板拉伸强度可达到62MPa，弯曲模量可达到11GPa，杨氏模量可达到25GPa，15μm厚度的石墨烯层压板的最高电导率可达到82790S/m，在0.8～2.6GHz测试环境下15μm厚度的石墨烯层压板的电磁屏蔽效能可达到40dB。电磁屏蔽效能可达到40dB。电磁屏蔽效能可达到40dB。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯层压板及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于石墨烯
，特别涉及石墨烯层压板及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]具有高集成电路的现代电子产品随着其快速发展会产生严重的电磁辐射，由于其会对设备性能和周围环境产生不利影响，这已然成为严重的环境问题。因此在开发高性能电磁干扰(electro magnetic interference，EMI)屏蔽材料方面，特别是开发具有卓越EMI屏蔽效果的低重量、超柔韧材料的集成方面已做出了巨大的努力。这些需求在下一代汽车、便携式电子产品和可穿戴设备领域是尤为重要，因为多个电子元件被封装在更小的区域内并要求它们以更快的速度运行，导致EMI大幅增加以及导致电子元件的故障和退化。卓越的EMI屏蔽材料必须具有减少不必要的辐射的同时，也可保护组件免受外部信号的干扰。屏蔽材料的主要作用在于其具有高导电性，因为它需要使用与电磁(EM)场直接相互作用的电荷载流子来反射辐射。还值得注意的是，在使用过程中，便携式和柔性电子设备中的电子元件会产生大量的热量，热量难以被释放容易降低电子元件性能，还可能影响附近组件的功能。因此，具有优异的EMI屏蔽效果、高柔性和高导热性的材料是非常重要。
[0003]石墨烯作为研究最深入的二维碳同素异形体之一，由一层排列在蜂窝晶格中的共轭碳原子组成，具有优异的导电性(6000
·
S
·
cm
‑1)和高导热性(5300
·
W
·
m
‑1·
K
‑1)。单层结构赋予石墨烯以柔韧性。这些独特的特性使石墨烯成为一种有前途的替代构件，可以为下一代便携式设备制造高导热、出色的EMI屏蔽且具有柔性的界面宏观材料。早期的报道表明，将石墨烯分散在聚合物基体中可以提高复合材料的有效导热性和导电性，从而提高EMI屏蔽效果。然而，具有5
‑
15wt％的复合薄膜负载的厚度在1～3毫米之间，因此不适用于柔性电子设备。碳基泡沫复合材料也显示出高性能的EMI屏蔽，但是，制造这些泡沫涉及复杂的模板和蚀刻制造工艺，不适合大规模生产。
[0004]一种潜在的替代方法是基于层压柔性氧化石墨烯(laminated flexible graphene oxide，GO)薄膜的制造。从应用的角度来看，这种独立式层压板似乎是一种有效的材料，这主要是因为GO薄膜具有出色的机械强度和柔韧性，并且可以通过局部高温还原(partial high
‑
temperature reduction)来控制电学和热学性能。这些因素的组合使还原GO层压板成为具有EMI屏蔽性能和热管理(thermal management)潜力大的材料。然而，现有技术中一般采用Hummer方法(Hummer
’
s method)合成GO，此方法存在大量的化学废物和能源消耗的增加问题，因此被认为与具有成本效益的工业规模化生产并不兼容。
[0005]基于常规的GO薄膜的制备方法，通常需要经过热还原步骤以及随后的高温石墨化步骤，其中石墨化反应的温度至少要在2000℃才可能发生。并且在现有报道(L.Peng等Advanced Materials 2017)中也证明可通过高压(约300MPa)和接近3000℃的温度可以有效提高独立式石墨烯箔(free
‑
standing graphene foils)的机械性能。但是操作能量要求过高，难以符合大规模生产的需求。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种节能环保，且制备得到的石墨烯层压板机械性能、电磁屏蔽效能优异的石墨烯层压板的制备方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供石墨烯层压板的制备方法，包括在1000℃下退火的步骤，以及对石墨烯箔施以150℃，5MPa机械压缩以获得石墨烯层压板的步骤，所述退火和机械压缩同时进行。
[0008]进一步提供石墨烯层压板，由前述石墨烯层压板的制备方法制备得到，所述石墨烯层压板的厚度为10～15μm，弯曲模量为10～11.2GPa。
[0009]以及提供所述石墨烯层压板在制备柔性电池屏蔽膜上的应用。
[0010]本专利技术的有益效果在于：通过对石墨烯箔同时进行1000℃退火和150℃、5MPa机械压缩，二者之间产生的协同效应可显著改善石墨烯层压板的机械性能、电性能和电磁屏蔽效能。具体而言，通过本专利技术所提供的石墨烯层压板的制备方法制备得到的石墨烯层压板拉伸强度可达到62MPa，弯曲模量可达到11GPa，杨氏模量可达到25GPa，15μm厚度的石墨烯层压板的最高电导率可达到82790S/m，在0.8～2.6GHz测试环境下15μm厚度的石墨烯层压板的电磁屏蔽效能可达到40dB。
附图说明
[0011]图1所示为具体实施方式中石墨烯浆料的照片；
[0012]图2所示为具体实施方式中石墨烯浆料通过自动模板打印机印刷在铝箔上照片；
[0013]图3所示为具体实施方式中石墨烯浆料印刷在铝箔上的照片；
[0014]图4所示为具体实施方式中石墨烯浆料印刷在PET基材上的照片；
[0015]图5所示石具体实施方式中墨烯层压板SEM检测的顶视图片；
[0016]图6所示石具体实施方式中墨烯层压板SEM检测的截面图片；
[0017]图7所示为具体实施方式中不同制备条件制备的石墨烯层压板与HOPG的XRD分析图；
[0018]图8所示为具体实施方式中石墨烯层压板的应力
‑
应变曲线图；
[0019]图9所示为具体实施方式中矩形条SEM厚度检测图片；
[0020]图10所示为具体实施方式中矩形条SEM表面检测图片；
[0021]图11所示为具体实施方式中不同制备条件制备的石墨烯层压板的拉伸强度变化图；
[0022]图12所示为具体实施方式中不同制备条件制备的石墨烯层压板的杨氏模量变化图；
[0023]图13所示为具体实施方式中不同制备条件制备的石墨烯层压板的弯曲模量变化图；
[0024]图14所示为具体实施方式中不同制备条件制备的石墨烯层压板的面积密度与其厚度的关系变化图；
[0025]图15所示为具体实施方式中不同制备条件制备的石墨烯层压板的热导率变化图；
[0026]图16所示为具体实施方式中不同制备条件制备的石墨烯层压板的电导率变化图；
[0027]图17所示为具体实施方式中不同制备条件制备的石墨烯层压板的弯曲半径与相
对电导率的关系变化图；
[0028]图18所示为具体实施方式中1000℃退火下石墨烯层压板的XPS图谱。
具体实施方式
[0029]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0030]石墨烯层压板的制备方法，包括在1000℃下退火的步骤，以及对石墨烯箔施以150℃，5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.石墨烯层压板的制备方法，其特征在于，包括在1000℃下退火的步骤，以及对石墨烯箔施以150℃，5MPa机械压缩以获得石墨烯层压板的步骤，所述退火和机械压缩同时进行。2.根据权利要求1所述的石墨烯层压板的制备方法，其特征在于，所述石墨烯箔由石墨烯浆料印刷在载体板上制备得到。3.根据权利要求2所述石墨烯层压板的制备方法，其特征在于，所述石墨烯浆料为水性石墨烯油墨或以N
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甲基
‑2‑
吡咯烷酮为基础溶剂的石墨烯浆料。4.根据权利要求2所述石墨烯层压板的制备方法，其特征在于，所述石墨烯浆料包括8～11wt％石墨烯片，88～91wt％N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮和0.2～0.4wt％表面活性剂。5.根据权利要求4所述石墨烯层压板的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自SDS、SDBS、CT...

【专利技术属性】
技术研发人员：易典，
申请(专利权)人：深圳市汉嵙新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：