[发明专利]一种导热导电石墨烯薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导热导电石墨烯薄膜及其制备方法，导热导电石墨烯薄膜是用盐酸多巴胺‑Tris缓冲液与石墨烯溶液共混制膜，薄膜由石墨烯片层堆叠而成，石墨烯片层内部以及片层之间均匀地分布聚多巴胺碳化后形成的碳纳米颗粒，石墨烯片层与该碳纳米颗粒交联在一起。制备方法是：将所配制的氧化石墨烯水溶液与盐酸多巴胺‑Tris缓冲液混合，取氧化石墨烯‑聚多巴胺水溶液通过真空辅助制备薄膜，用还原剂还原，还原后的薄膜在氩气气氛下升温到800～1000 ^oC保温，再升温到2800～3000 ^oC保温，自然降温至室温，机械模压石墨化的石墨烯薄膜。本发明的导热导电石墨烯薄膜具有高力学性能、高导热、导电性能。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种高强高导热导电石墨烯薄膜及其制备方法。

背景技术

随着电子技术的高速发展，电子设备如手机、笔记本电脑等不断向小型化、便携式发展，同时电子设备功能越来越强大，这使得集成电路变得更加的精细和复杂，电流密度迅速增加,电子设备在运行过程中会产生大量的热量，这些热量需要迅速地从电子设备中传导到空气中，否则会严重影响电子设备的正常运行、缩短电子设备的使用寿命，因此，对于超薄的高导热材料的需求日益增长。同时，电子设备运行过程中还会发射出大量的电磁波，这些电磁波一方面会造成电磁干扰，影响其它设备的正常运行，其次会对人类健康造成巨大威胁，因此，亟需超薄的高导电材料用于屏蔽微小设备产生的电磁污染。所以，迫切需要一些新型高导热导电性超薄材料。

作为导电导热最佳的材料，石墨烯在超薄导热导电材料中扮演着重要角色。通过抽滤法、刮膜法、旋涂法等能制备由石墨烯片层堆叠而成的氧化石墨烯薄膜，进一步通过还原和高温煅烧可以修复氧化石墨烯的结构缺陷，提高石墨烯薄膜的导热和导电性能，从而应用于手机、平板电脑、笔记本电脑等电子设备中。

但是，在现有技术中，尽管采用了高温石墨化处理以及机械模压等方式，依然难以制备得到具有超高导热导电性能的石墨烯薄膜，石墨烯薄膜的导热率被限制于1700W/mK，电导率被限制于10000S/cm，而同时，由于石墨化过程中挥发气体对薄膜片层结构的破坏，使得石墨烯薄膜的力学性能较差，被限制在100MPa以内。石墨烯薄膜的力学性能和导热导电性能不能满足电子科技快速发展的需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种导热导电石墨烯薄膜，它既能提高材料的力学性能，又能提高材料的导热、导电性能。本发明还提供一种该石墨烯薄膜的制备方法。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，本发明提供的一种导热导电石墨烯薄膜，用盐酸多巴胺-Tris缓冲液与石墨烯溶液共混制膜，薄膜由石墨烯片层堆叠而成，石墨烯片层内部以及片层之间均匀地分布聚多巴胺碳化后形成的碳纳米颗粒，石墨烯片层与该碳纳米颗粒交联在一起。

本发明提供的一种上述导热导电石墨烯薄膜的制备方法，包含以下步骤：

步骤1、将平均尺寸120～150μm的氧化石墨烯配制成浓度为0.5～30mg/ml的氧化石墨烯水溶液；

步骤2、配制浓度为0.5～30mg/ml的盐酸多巴胺-Tris缓冲液；

步骤3、将氧化石墨烯水溶液与盐酸多巴胺-Tris缓冲液混合，并在0～75℃下搅拌反应至少0.5h，在500rpm～12000rpm下离心至少5min后除去沉淀得到氧化石墨烯-聚多巴胺水溶液；

步骤4、将氧化石墨烯-聚多巴胺水溶液通过真空辅助制备薄膜，再通过还原剂还原；

步骤5、将还原后的薄膜在氩气气氛下以1～5℃/min的速率升温到800～1000℃，保温至少5min；然后继续以5～30℃/min的速率升温到2800～3000℃，保温至少10min，自然降温至室温后得到石墨化的石墨烯薄膜；

步骤6、机械模压石墨化的石墨烯薄膜。