[发明专利]定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）碳纤维的磁负载：将碳纤维加入分散剂搅拌，超声处理，真空抽滤，干燥；将干燥后固体与第一混合液于80-90℃油浴中搅拌回流，稀释后在去离子水抽滤，水洗至滤液为中性，干燥；将干燥后所得的固体与第二混合液混合，浸泡后，在80-90℃油浴中滴加碱性溶液直至产生大量沉淀，静置，用去离子水抽滤水洗至滤液为中性，干燥，得磁性碳纤维粉末；所述的第一混合液为硝酸和硫酸按质量比为1:1-3:2混合所得；所述的第二混合液为三氯化铁溶液和氯化亚铁溶液，其中Fe³⁺与Fe²⁺的质量比为2:1-3:1；

2）磁性碳纤维氧化石墨烯复合膜的制备：将磁性碳纤维粉末在溶剂中超声分散，倒入两侧固定有磁极相反磁石的抽滤漏斗中静置，待磁性碳纤维在磁场作用下稳定后，抽滤并洗涤，滴加浓度为2-6mg/ml的氧化石墨烯分散液，继续抽滤至成膜，干燥；

3）复合膜的热还原：将复合膜从滤膜上取下，并放入模具中加压后，放入管式炉中，加入保护气体，升温至1000-1500℃并保温，得到磁性碳纤维石墨烯复合膜；

所得的定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜的厚度为50-220μm，导热系数为600-800W/mK，与碳纤维平行方向的抗拉强度为35-37MPa。

2.根据权利要求1所述的定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述的分散剂为丙酮、甲醇和苯酚中至少一种；所述的碱性溶液为氢氧化铵、氢氧化钠和氢氧化钾中至少一种；

步骤2）中，所述的磁石为铁素体磁石、钐钴合金磁石或铷铯合金磁石；所述的氧化石墨烯分散液通过改进Hummers法制备得到。

3.根据权利要求1所述的定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1）中，控制碳纤维与生成的Fe₃O₄的质量比为2:1-5:1。

4.根据权利要求1所述的定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1）中，以质量份数计，所述的碳纤维为10-40份，分散剂为1000-1200份。

5.根据权利要求1所述的定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所有的干燥都是在50-70℃温度条件干燥至恒重；步骤1）中，所述的碳纤维加入分散剂搅拌的时间为36-48h；所述的超声处理的时间为1-2h；所述的静置的时间为1-2h；所述的搅拌回流的时间为6-8h，所述的浸泡的时间为12-24h。

6.根据权利要求1所述的定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述的磁性碳纤维与氧化石墨烯的质量比为1:3-1:20；所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺；所述的超声分散的时间为10-20分钟；所述的静置的时间为10-20分钟，所述的干燥是在50-60℃温度条件真空干燥至恒重。

7.根据权利要求1所述的定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述的加压的压强为10-50MPa；所述的保护气体为氩气或氮气；所述的升温至1000-1500℃是以3-5℃/min升温速率从室温开始升温；所述的保温的时间为2-3h。

8.一种定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜，其特征在于，其由权利要求1-7任一项所述的制备方法制得，所得的定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜的厚度为50-220μm，导热系数为600-800W/mK，与碳纤维平行方向的抗拉强度为35-37MPa。

9.根据权利要求8所述的定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜，其特征在于，复合膜由磁性碳纤维与石墨烯组成，以质量百分比计，磁性碳纤维含量为10%-40%，石墨烯含量为60%-90；复合膜的直径为40-80mm；所述的磁性碳纤维在外磁场作用下平行分布于石墨烯片层中，平行率达到85%-95%。

10.权利要求8或9所述定向排布磁性碳纤维石墨烯复合膜在LED散热中的应用。