[发明专利]一种高导热石墨烯复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种高导热石墨烯复合薄膜及其制备方法。该制备方法包括：将石墨烯原粉分散于分散剂当中，通过超声获得分散良好的石墨烯纳米片分散液；将所述石墨烯纳米片分散液与高分子基体材料和固化剂均匀混合形成石墨烯‑高分子混合物；将所述石墨烯‑高分子混合物注入模具或塑形设备中并施加磁场，固化后形成高定向排列的高导热石墨烯复合薄膜。由于石墨烯本征的抗磁性，外加磁场可定向排列石墨烯且不需要磁性颗粒的辅助，从而提高了石墨烯复合薄膜的热导。

技术领域

本发明属于导热材料技术领域，尤其涉及一种高导热石墨烯复合薄膜及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，电子设备及产品不断的更新换代，已逐渐转向多功能化、高密度化及小型化发展。因此，保证电子器件所产生的多余热量尽快散失，以维持元器件和设备的正常工作温度变得尤为重要。

填充型导热高分子材料是高分子导热材料的发展方向。此方法以高分子为基体，与导热填料复合而成，具有原料来源广泛、成本适中、工艺简单、性能可调控等优点。其中石墨烯由于其优异的热导性，引起了人们广泛的关注，石墨烯在平面内具有较高的热导率2000-5000W/mK，在厚度方向的热导率为10-20W/mK。许多研究也表明，在聚合物中加入少量的石墨烯作为导热填料，热导率得到了较大的提升，但提升效果仍旧差强人意。主要原因就是石墨烯具有各向异性的热导，随机取向的石墨烯在聚合物中不利于优异的各向异性热导性能的展现，因此聚合物中石墨烯被均匀排列控制取向才能充分利用到石墨烯片面内的超高热导。

而将石墨烯在复合材料中定向的排列有许多种方法，譬如机械挤压、剪切排列、电场排列、磁场排列等方法。其中磁场排列是一种非接触的、广泛应用的整体排列方法，并且这种方法操作灵活、可以实现全局排列。例如，CN109439988A、CN109722057A、CN108752713A等都采用外加定向或者梯度磁场来使石墨烯定向排列，然而，石墨烯的磁响应弱，如需进一步提高石墨烯定向排列的有序度，需要通过在氧化石墨烯片上包裹如Fe₃O₄等磁性纳米颗粒来增强磁响。这种纳米磁性粒子的引入虽增强了还原氧化石墨烯的磁响应，但这种磁性纳米颗粒的引入首先对研究排列石墨烯的本征特性研究来说是一种污染，其次，辅助磁性纳米颗粒的引入会减弱石墨烯的热导性能。因此，在不添加辅助磁性纳米颗粒的情况下实现高定向排列的墨烯复合薄膜是一项挑战。

发明内容

本发明目的在于提供一种高导热石墨烯复合薄膜及其制备方法,通过施加动态垂直旋转磁场，以解决在制备石墨烯复合薄膜时石墨烯纳米片定向排列度低的技术问题和引入辅助纳米颗粒而导致石墨烯复合薄膜的热导性能减弱的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种高导热石墨烯复合薄膜及其制备方法的具体技术方案如下：

一种高导热石墨烯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨烯原粉分散于分散剂当中，通过超声获得分散良好的石墨烯纳米片分散液；

(2)将石墨烯纳米片分散液与高分子基体材料和固化剂均匀混合形成石墨烯-高分子混合物；

(3)将石墨烯-高分子混合物注入模具或塑形设备中并施加磁场，固化后形成高定向排列的高导热石墨烯复合薄膜。

进一步，所述磁场为动态垂直旋转磁场。

进一步，所述动态垂直旋转磁场的磁场方向始终平行于石墨烯纳米片，旋转平面与石墨烯纳米片的垂直方向垂直。

可选的，所述动态垂直旋转磁场强度为350mT以上，转速为70rpm/min。

本发明还提供了一种由上述的制备方法所制得的高导热石墨烯复合薄膜。该复合薄膜由石墨烯纳米片、分散剂、高分子基体材料和固化剂复合而成。石墨烯纳米片在复合材料的质量分数为1-10％,并通过动态垂直旋转磁场对复合材料中的石墨烯纳米片进行定向排列。