一种高导热氮掺杂石墨烯-碳纳米管复合膜及其制备方法技术

本申请公开了高导热氮掺杂石墨烯

【技术实现步骤摘要】
一种高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯膜领域，具体涉及一种高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯作为所有碳材料最基本的结构单元，具有真正的单原子层厚度和严格的二维结构，具有很高的机械强度、弹性、导热性、导电性以及量子霍尔效应等。自从2010年英国科学家（Andre Geim）安德列杰姆和（Konstantin Novoselov）克斯特亚诺沃塞诺发现石墨烯而获得诺贝尔奖以来，石墨烯的研究达到前所未有的高潮，越来越多的研究发现，其在能量储存、电学器件、催化及生物医学等特殊领域具有巨大的应用前景。从实际应用角度考虑，将纳米石墨烯材料转变为宏观结构材料无疑是非常有价值的研究方向。而将一维的碳纳米管与二维的石墨烯结构复合制备宏观石墨烯
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碳纳米管复合材料无疑将会给工业界带来较大的有利价值。碳纳米管包括多壁碳纳米管和单壁碳纳米管。碳纳米管具有优异的光、电、磁性能，具有极大的比表面积，相当强的导电性和反应性，表面活性位点多等特点，是一类优良的电分析和电催化的纳米材料，在化学和生物等众多领域得到广泛的应用。
[0003]宏观组装的石墨烯膜是纳米级石墨烯片宏观化的一种主要形式，常用的方法有抽滤法、刮膜法、旋涂法和喷涂法等，但该些方法限制了大规模、连续化制备石墨烯膜。中国专利技术专利CN201410457039.6公开了两种制备石墨烯膜的方法：其一，通过湿纺的方法，在无机金属盐溶液等凝固液中沉淀成膜，干燥处理，然后利用还原剂再进行还原两步法制备离子增强石墨烯膜，虽然该方法提供了一种湿纺连续制备石墨烯膜的方法，但是其存在制备过程繁琐、需要两步法才能够实现石墨烯膜以及由于无机盐离子做沉淀剂后残留在膜中，热处理过程也无法将其除掉的缺陷；其二，以石墨烯溶液作为原料，在含有配位离子的凝固液中停留凝固成膜，干燥得离子增强石墨烯膜，该制备方法虽然简单，但是由于石墨烯自身无特殊功能团的特性，使其很难在有机溶剂或水中分散以及与配位离子配位凝固，且溶液浓度也较难达到凝固成型所要求的浓度，故以石墨烯溶液作为原料在配位离子凝固液中是基本不可能凝固成型的。因此，研发一种简便的、一步法、不含无机盐离子、连续化制备高强度、高性能的石墨烯膜的制备方法是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述问题，提出了高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜及其制备方法。
[0005]本专利技术采取的技术方案如下：一种高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜的制备方法，包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯溶液、酸化碳纳米管以及水溶性胺类交联剂经过搅拌混合均匀后得到浆料；其中，所述浆料中，氧化石墨烯与所述酸化碳纳米管的质量比为（1：0.01）~（（1：
1）；所述酸化碳纳米管为酸化多壁碳纳米管和/或酸化单壁碳纳米管；所述水溶性胺类交联剂为乙二胺、丙二胺、丁二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、氨、聚烯丙基胺、水合肼和对苯二胺中的一种或多种；（2）将步骤（1）中得到的浆料涂布成膜，干燥后得到胺基交联氧化石墨烯
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碳纳米管复合膜；（3）将步骤(2)制备的胺基交联氧化石墨烯
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碳纳米管复合膜在惰性氛围保护下，进行石墨化热处理，得到氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜；（4）将步骤（3）中得到的氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜压延处理，得到高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜。
[0006]本专利技术的原料来源广泛，成本低；制备方法以氧化石墨烯溶液为原料，可以通过一步实现凝固组装成胺基增项氧化石墨烯膜，然后通过热处理得到高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜，反应温度低，操作简洁，绿色环保，可实现大规模连续化制备；本专利技术制备的高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜具有很好的强度和韧性，具有优异的热导性和导电性，为后续应用拓宽了范围。
[0007]实际运用时，为了混合均匀，步骤（1）中可以通过机械搅拌的方式进行搅拌。
[0008]本申请还提供了一种由上述步骤（1）~（2）制得的胺基交联氧化石墨烯
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碳纳米管复合膜，其在导热散热、电池屏蔽等领域具有较好的运用前景。
[0009]本专利技术中，所述水溶性胺类交联剂的用量为本领域内常规，一般为1~35%，所述百分比为所述水溶性胺类交联剂相对于所述混合液的质量百分比。
[0010]于本专利技术其中一实施例中，所述步骤（2）中，涂布成膜的厚度范围为1μm~10mm，较佳地为10μm~6mm。
[0011]于本专利技术其中一实施例中，酸化碳纳米管的制备步骤如下：将碳纳米管和酸化物质按设定比例混合，在50~95℃下搅拌1~24h，得到混合物，其中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管和/或单壁碳纳米管，所述酸化物质为硫酸和/或硫酸；将混合物倒入水中过滤收集固体，对固体进行洗涤和烘干，得到酸化碳纳米管。
[0012]于本专利技术其中一实施例中，步骤（1）的所述浆料中，所述氧化石墨烯的含量为1~80mg/mL浆料；或者是，步骤（1）的所述浆料中，所述氧化石墨烯的含量为31~80mg/mL浆料。
[0013]于本专利技术其中一实施例中，所述浆料中，所述氧化石墨烯与所述水溶性胺类交联剂的质量比为（1:0.1）~（1:200）。
[0014]本专利技术中，所述氧化石墨烯溶液由本领域内常规方法制得，较佳地由氧化剥离石墨法（即Hummers法）制得，更佳地通过下述步骤制得：
①
预氧化：将石墨、浓硫酸和硝酸倒入水中，过滤，烘干，得到预氧化石墨；
②
热膨胀：将步骤
①
的预氧化石墨在950~1300℃下热膨胀5~30s，得到热膨胀氧化石墨；
③
将步骤
②
的热膨胀氧化石墨与浓硫酸、过硫酸钾和五氧化二磷的混合物在80~90℃下加热，加入水过滤洗涤，干燥，得到预氧化热膨胀石墨；
④
将步骤
③
的预氧化热膨胀石墨与浓硫酸在0~5℃下混合，加入高锰酸钾，反应，再加入双氧水，静置，过滤，离心洗涤，加入水搅拌即得氧化石墨烯溶液。
[0015]于本专利技术其中一实施例中，所述步骤（2）中，干燥的温度为60~95℃，干燥的时间为
0.5~200小时；或者是，所述步骤（2）中，干燥的温度为65~95℃，干燥的时间为2~50小时。
[0016]于本专利技术其中一实施例中，所述步骤（3）中，所述石墨化热处理可在本领域常规设备中进行，较佳地在马弗炉中进行，石墨化热处理的温度为50
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3000℃，热处理的时间为0.5
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200小时；或者是，热处理的温度为1000
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3000℃，热处理的时间为2
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10小时。
[0017]于本专利技术其中一实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯溶液、酸化碳纳米管以及水溶性胺类交联剂经过搅拌混合均匀后得到浆料；其中，所述浆料中，氧化石墨烯与所述酸化碳纳米管的质量比为（1：0.01）~（（1：1）；所述酸化碳纳米管为酸化多壁碳纳米管和/或酸化单壁碳纳米管；所述水溶性胺类交联剂为乙二胺、丙二胺、丁二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、氨、聚烯丙基胺、水合肼和对苯二胺中的一种或多种；（2）将步骤（1）中得到的浆料涂布成膜，干燥后得到胺基交联氧化石墨烯
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碳纳米管复合膜；（3）将步骤(2)制备的胺基交联氧化石墨烯
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碳纳米管复合膜在惰性氛围保护下，进行石墨化热处理，得到氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜；（4）将步骤（3）中得到的氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜压延处理，得到高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜。2.如权利要求1所述高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜的制备方法，其特征在于，酸化碳纳米管的制备步骤如下：将碳纳米管和酸化物质按设定比例混合，在50~95℃下搅拌1~24h，得到混合物，其中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管和/或单壁碳纳米管，所述酸化物质为硫酸和/或硫酸；将混合物倒入水中过滤收集固体，对固体进行洗涤和烘干，得到酸化碳纳米管。3.如权利要求1所述高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）的所述浆料中，所述氧化石墨烯的含量为1~80mg/mL浆料；或者是，步骤（1）的所述浆料中，所述氧化石墨烯的含量为31~80mg/mL浆料。4.如权利要求1所述高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜的制备方法，其特征在于，所述浆料中，所述氧化石墨烯与所述水溶性胺类交联剂的质量比为（1:0.1）~（1:200）。5.如权利要求1所述高导热氮掺杂石墨烯
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碳纳米管复合膜的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液通过下述步骤制得：...

【专利技术属性】
技术研发人员：安学会，
申请(专利权)人：杭州嘉悦智能设备有限公司，
类型：发明
国别省市：