[发明专利]一种高强柔性石墨烯复合导热膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型导热材料及其制备方法，尤其涉及一种超柔性高导热石墨烯膜及其制备方法。

背景技术

2010年，英国曼彻斯特大学的两位教授Andre GeiM和Konstantin Novoselov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)。石墨烯优异的导电导热性能完全超过金属，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，所用氧化石墨烯本身尺寸不足，并且含有很多的碎片，使其在导热方面没有得到足够的发展，导热性能被限制在1400W/mK，不能满足科技快速发展的需求。而且膜结构设计的不足使得其柔性尚不明确，限制了其在柔性器件方面的应用。更重要的是，石墨烯导热膜的强度不足80MP，使得其应用受到了极大的限制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高强柔性石墨烯复合导热膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高强柔性石墨烯复合导热膜，该高柔性石墨烯膜密度为1.8-2.0g/cm³，由平面取向的平均尺寸大于100μm的高分子复合石墨烯片通过ππ共轭作用相互搭接而成。其中高分子复合石墨烯片中，高分子通过ππ共轭作用或化学键复合在石墨烯片上。

进一步地，所述导热膜中包含由1-4层的高分子复合石墨烯片构成的石墨烯结构。且石墨烯片的缺陷极少，其I_D/T_G＜0.01。

一种超柔性高导热石墨烯薄膜的制备方法，包含如下步骤：

(1)将1质量份平均尺寸大于100um的氧化石墨烯和0.01-1质量份的有机高分子配制成浓度为6～30mg/mL氧化石墨烯水溶液，在溶液中加入质量分数0.1-5％的助剂，所述助剂为在2500℃下可降解的无机盐或在2500℃下可降解的有机小分子；超声分散后，倒在模具板上烘干成氧化石墨烯膜，然后用还原剂进行还原；

(2)将还原后的石墨烯薄膜在惰性气体氛围下先以0.1-1℃/min的速率升温到500-800℃，保温0.5-2h；

(3)在惰性气体氛围下以1-3℃/min的速率升温到1000-1300℃，保温0.5-3h；

(4)在惰性气体氛围下以5-8℃/min的速率升温到2500-3000℃，保温0.5-4h，自然降温后即可得到多孔石墨烯薄膜。

(5)将石墨烯薄膜在高压下压制即可得超柔性高导热石墨烯膜。

进一步的，所述的在2500℃下可降解的无机盐选自碳酸氢铵、尿素、硫脲、偶氮二甲酰胺；在2500℃下可降解的有机小分子选自甘油、聚乙二醇200、聚乙二醇400；有机高分子主要由超支化聚缩水甘油醚、超支化共聚(酯-胺)、超支化聚砜胺、超支化聚硅氧基硅烷、纤维素、羟甲基纤维素钠、蚕丝蛋白、海藻酸钠、壳聚糖、明胶、琼脂、尿素-三聚氰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、苯乙烯类树脂、聚氧化亚甲基、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚、聚苯醚、改性聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚酮、聚醚酮、聚醚醚酮、聚芳酯、聚醚腈中的一种或多种按照任意比混合组成。

进一步的，所述的还原剂包含水合肼、胺类、抗坏血酸、碘化氢；由于水合肼在还原过程会使得膜材料膨胀，优先采用水合肼。

进一步的，所述的压制过程压力为50-200MP，时间为6-300h。

进一步的，所述步骤1中平均尺寸大于100um的氧化石墨烯通过以下方法得到：

(1)将Modified-Hummer法获得的氧化石墨片的反应液稀释后，于140目的网筛进行过滤，得到过滤产物；