[发明专利]一种石墨烯导热高分子材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯导热高分子材料及其制备方法，所述的石墨烯导热高分子材料，其特征在于，其制备方法包括：在微波体系中，负载还原氧化石墨烯纳米片的三维多孔石墨烯粉体与高分子材料混合，负载还原氧化石墨烯纳米片的三维多孔石墨烯粉体吸波后粘覆在高分子材料表面，得到石墨烯导热高分子材料。该方法除了复合体系和工艺简单，最突出的优点在于对石墨烯的使用未经多次改性，避免引入结构缺陷，在PP颗粒表面形成致密且稳定的石墨烯基层，同时发挥三维多孔石墨烯导热网络机制，使得非均相复合材料RGO‑3DGNs/PP的导热性能优良，这使得高分子复合材料的应用领域有望进一步扩展。

技术领域

本发明涉及一种导热高分子材料的制备方法，尤其涉及一种石墨烯导热高分子材料即还原氧化石墨烯纳米片-三维多孔石墨烯/聚丙烯的制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步和工业需求的膨胀，对导热材料的综合性能要求也越来越高：不仅要有高热导率，生产低成本、轻质、易加工成型，而且要有良好的力学性能、耐化学腐蚀性和电绝缘性。传统的导热材料有金属、无机陶瓷材料及碳材料，相比之下，高分子材料力学及抗疲劳性能优良，电绝缘性和耐化学腐蚀性卓越，轻质且易加工成型，最大的不足是热导率普遍较低。如果能够使高分子材料具备一定的导热性能，那会大大拓宽其应用领域。

目前，导热高分子材料凭借其优势在多个领域发挥着重要作用。例如，在微电子方面，95％的电子封装均采用导热塑料封装。导热粒子的加入在提高聚合物热导率、减低封装材料成本的同时，降低了其热膨胀系数，减少封装材料在固化过程中由于体积收缩而产生的内应力，避免内引线断开，从而延长器件的使用寿命。在LED照明方面，高导热覆铜板的核心技术就是利用一种高导热绝缘树脂胶片层来代替传统的环氧玻璃布介质层，是一种耐高温、高导热、高附加值基板。在换热设备方面，常用的石墨/PP换热器是具有较高换热效率和良好腐蚀性能的一种换热设备。

对于普通导热粒子填充聚合物体系，导热逾渗现象并不明显，即导热粒子高于逾渗用量时，体系热导率依然很低。这是因为声子在作为导热载体传递时一方面不具有隧道效应，另一方面在界面处散射现象严重，界面传热热阻增大。而作为碳材料的新成员，石墨烯因其具有优异的电子、力学、热学等性能，所以常被用作复合材料中的增强相和功能相。石墨烯是一类具有sp²杂化轨道的二维平面结构材料，有研究表明，单层石墨烯的热导率高达5300 W/m·K，比金刚石和CNTs的热导率高很多，由此在热管理领域石墨烯获得了研发人员的广泛关注。

现有关于石墨烯材料的专利大部分是导热薄膜系列的，而关于石墨烯导热复合材料的较少，关于通过非均相体系复合得到的石墨烯导热高分子材料则更少。刘建影通过蒸干涂布氧化石墨烯溶液的辅助基板表面得到氧化石墨烯薄膜，再对其进行还原脱离、热处理彻底还原得到石墨烯薄膜，并介绍了基于该薄膜的散热方法；Drzal将石墨烯GNPs作为导热粒子分散进PA和PE中，其热导率随填料量的增加线性增加，当GNPs填充量20vol％时，热导率达到4.1W/m·K。在这些专利或文献中，如果石墨烯经改性使用，不仅使工艺成本增加，更关键的是改性会引入结构缺陷，影响石墨烯的本征热导率；再者，由于纳米粒子容易团聚，难以均匀分散在聚合物材料中，限制了其发挥其优异性能；此外，得到的复合材料是均相的，石墨烯比表面积大、吸油值高的特点限制了其添加量，不可能使复合材料达到导热渗流阈值，制约了热导率的提高。我们特别希望的是在石墨烯添加量不高的情况下能够使复合材料达到导热的渗流阈值，从而获得高的热导率。这就要求从方法上创新。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯导热高分子材料及其制备方法，以在石墨烯添加量不高的情况下获得高的热导率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯导热高分子材料，其特征在于，其制备方法包括：在微波体系中，将负载还原氧化石墨烯纳米片的三维多孔石墨烯粉体与高分子材料混合，使负载还原氧化石墨烯纳米片的三维多孔石墨烯粉体吸波后粘覆在高分子材料表面，得到石墨烯导热高分子材料。

优选地，所述的高分子材料为聚丙烯(PP)粉。