[发明专利]一种石墨烯泡沫及其制备方法、石墨烯碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯泡沫及其制备方法和石墨烯碳复合材料及其制备方法。所述石墨烯碳复合材料包括石墨烯和填充在石墨烯层间的碳材料。本发明可以根据石墨烯和碳的不同的含量设置不同导热性能的石墨烯碳复合材料，本发明的石墨烯碳复合材料沿着定向的方向拥有非常高的导热性能。

技术领域

本发明涉及高导热材料领域，具体涉及石墨烯碳复合材料及其制备方法。

背景技术

碳碳复合材料是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料，拥有优异的力学性能和化学惰性，被广泛应用在航空航天、汽车工业、医学等领域中。

现有技术中，碳碳复合材料的胚体都是以碳纤维编制等制备而成，再通过浸渍其他物质，经炭化、石墨化形成，或者通过CVD沉积碳而成的复合材料。

虽然碳碳复合材料能够达到一定的结构强度，但是其热传导能力仍不高，导热系数为几十至上百W/m·K，并且没有很强的定向热传导能力。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种石墨烯碳复合材料，根据石墨烯和碳的比例设置材料的不同导热性能和不同结构强度，并能够沿着定向的方向拥有非常高的导热性能。

本发明提供一种石墨烯泡沫，密度为0.1-1.0g/cm³，优选0.15-0.4g/cm³。

优选地，所述石墨烯泡沫的导热系数为100-1000W/m·K，优选150-350W/m·K。

石墨烯泡沫层与层之间具有一定的距离(几十纳米至几微米且不均匀分布)，热量沿着石墨烯定向排列的方向传输，石墨烯的导热能力与热扩散系数和密度有关，导热系数＝热扩散系数*密度*比热容，密度越大，石墨烯的导热能力越强。

根据本发明的一个方面，所述石墨烯泡沫的形状包括板状、圆柱体或圆筒状。

优选地，板状的石墨烯泡沫厚度为0.1-300mm，优选0.1-100mm，进一步优选0.2-5mm。

优选地，圆柱体的石墨烯泡沫最大直径为100-500mm，优选200-500mm。

优选地，圆筒状的石墨烯泡沫外径为100-500mm，优选200-500mm。

进一步优选地，所述圆筒状的石墨烯泡沫的侧壁厚度为4-100mm，优选30-50mm。

本发明还提供一种石墨烯泡沫的制备方法，将氧化石墨烯膜制备成片或卷材，再进行高温处理，得到石墨烯泡沫。

根据本发明的一个方面，所述氧化石墨烯膜为面内定向组装排列的氧化石墨烯膜。氧化石墨烯是片状的二维材料，面内定向组装排列就是二维氧化石墨烯片层层整齐排列。如果氧化石墨烯分散不好、表面含有特殊的结构或内部有杂质，则无法形成面内定向组装排列或组装排列的整齐程度不足，则会影响最终的导热系数。

根据本发明的一个方面，所述高温处理的方法为：将氧化石墨烯膜放入高温炉内，升温至1000-3000℃。

优选地，所述升温的速率为0.02-10℃/min。

进一步优选地，温度在400℃以下时，升温速率为0.02-0.5℃/min，优选0.05-0.1℃/min；温度大于400℃且在1500℃以下时，升温速率为2-10℃/min；温度大于1500℃时，升温速率为2-4℃/min。