[发明专利]一种导热绝缘氧化石墨烯纸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯纸的制备方法，特别是涉及一种工艺简单、快速、所得氧化石墨烯纸导热性能优异、电绝缘好、柔性好、厚度可控导热绝缘氧化石墨烯纸的制备方法。

背景技术

2004年A.K.Geim等发现了石墨烯（Graphene）这种二维蜂窝状平面结构的新型碳材料（K.S.Novoselov,et al.Science,2004,306,666-669），其以其独特的物理和化学特性引起了科学和工业界的广泛关注。石墨烯具有高点子迁移率，高热导率，高强度，高比表面积等优点，使其在电子、新能源、材料等领域具有广泛的应用前景。氧化石墨烯是将石墨在浓硫酸、浓硝酸等强酸和高锰酸钾等强氧化剂的共同作用下，通过插层、氧化、剥离形成的单层或多层碳材料。氧化石墨烯被看成是功能化的石墨烯，其平面上具有大量的羧基、羟基、羰基、醚键等含氧官能团，使其在水和有机溶剂中具有很好的溶解性，同时氧化石墨烯能够大规模制备，从而使其成为制备石墨烯复合物和大规模制备石墨烯的重要原料。当今，电子设备日趋小型化，随之而来散热问题亟待解决，而石墨烯材料在电子、光电子、生物工程、储能等领域的热管理中具有潜在的优势。

R.S.Ruoff等（D.A.Dikin,et al.Nature,2007,448,457-460）采用氧化石墨烯溶液通过定向流法成功制备了氧化石墨烯纸，结果表明其具有良好的机械性能，但是其定向流沉积过程耗时12～48小时。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种工艺简单、快速、所得氧化石墨烯纸导热性能优异、电绝缘好、柔性好、厚度可控导热绝缘氧化石墨烯纸的制备方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种导热绝缘氧化石墨烯纸的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

（1）、将氧化石墨溶于去离子水中，超声处理1-6小时，得到氧化石墨烯溶液；

（2）将含有碱土金属离子的水溶液加入到氧化石墨烯溶液中，超声搅拌5-30分钟，得到碱土金属离子初步改性的氧化石墨烯悬浮液；

（3）抽滤1-4小时，自然干燥后揭下薄膜，真空干燥4-12小时得到导热绝缘氧化石墨烯纸。

在本发明的具体实施例子中：其特征在于：所述氧化石墨由天然鳞片石墨化学氧化而得。

在本发明的具体实施例子中：所述氧化石墨烯水溶液的浓度范围是0.05-5mg/ml。

在本发明的具体实施例子中：所述氧化石墨烯水溶液的浓度范围是1-3mg/ml。

在本发明的具体实施例子中：所述碱土金属离子水溶液的浓度范围是0.05-0.5mol/L。

在本发明的具体实施例子中：所述碱土金属离子水溶液的浓度范围是0.1-0.3mol/L。

在本发明的具体实施例子中：所述碱土金属离子是Mg²⁺、Ca²⁺中的一种或两种离子混合。

在本发明的具体实施例子中：所述碱土金属离子改性的氧化石墨烯悬浮液中碱土金属离子物质的量和氧化石墨烯的质量比在1:200-1:5mol/g之间。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的导热绝缘氧化石墨烯纸的制备方法具有以下优点：

本发明利用氧化石墨烯表面上大量的含氧官能团，通过二价碱土金属离子与含氧官能团作用，使氧化石墨烯片拼接在一起，然后采用定向流法层层堆积得到氧化石墨烯纸。本发明所提供的方法工艺简单、快速，所得氧化石墨烯纸导热性能优异(40-120W/m.K)，电绝缘，柔性好，厚度可控，可裁剪成所需形状。

具体实施方式

下面给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

本发明的方法步骤如下：

（1）、将氧化石墨溶于去离子水中，超声处理1-6小时，得到氧化石墨烯溶液；所述氧化石墨由天然鳞片石墨化学氧化而得。

（2）将含有碱土金属离子的水溶液加入到氧化石墨烯溶液中，超声搅拌5-30分钟，得到碱土金属离子初步改性的氧化石墨烯悬浮液；

（3）抽滤1-4小时，自然干燥后揭下薄膜，真空干燥4-12小时得到导热绝缘氧化石墨烯纸。

实施例1：

（1）将氧化石墨溶于去离子水中超声处理3小时，得到氧化石墨烯溶液（3mg/ml）；

（2）将10体积份的含有钙离子的水溶液（0.1mol/L）加入到20体积份的氧化石墨烯溶液中（3mg/ml），超声搅拌5分钟，得到钙离子初步改性的氧化石墨烯悬浮液；