一种官能化石墨烯及其制备方法和聚有机硅氧烷技术

本申请提供了一种官能化石墨烯，该官能化石墨烯是指表面接枝一个或多个活性分子的石墨烯，该活性分子包括多个端基官能团，该多个端基官能团包括至少两个活性官能团。由于该活性官能团能够和有机硅油中的分子发生化学反应，因此该官能化石墨烯能够比较均匀的溶于该有机硅油，进而使得利用该官能化石墨烯制备的聚有机硅氧烷具有良好的导热性能。另外，本申请还提供了该官能化石墨烯的制备方法和相应的聚有机硅氧烷。

【技术实现步骤摘要】
一种官能化石墨烯及其制备方法和聚有机硅氧烷
本申请涉及导热
，尤其涉及一种官能化石墨烯，该官能化石墨烯的制备方法和采用该官能化石墨烯制得的聚有机硅氧烷。
技术介绍
石墨烯作为新型的导热填料，由于具有大于3000W/mk的超高导热系数，因此成为目前开发高性能导热材料的研究热点。已有研究表明，在有机硅油中添加重量百分比位于5％-10％区间内的石墨烯，可得到导热系数大于2W/mk的有机硅树脂。而在有机硅油中添加常规的导热填料(比如氧化铝)的情况下，如果要得到具有相同导热系数的有机硅树脂，则需要在有机硅油中添加重量百分比位于60％-90％区间的导热填料。也即，为了得到具有相同导热系数的有机硅树脂，需要在有机硅油中添加的石墨烯的重要百分比要远小于需要在有机硅油中添加的常规导热填料的重要百分比。但是，石墨烯与有机硅油的相容性比较差，将石墨烯添加到有机硅油中后，石墨烯很容易团聚在一起。
技术实现思路
本申请提供一种官能化石墨烯，该官能化石墨烯与有机硅油的相容性比现有技术中石墨烯与有机硅油的相容性要好。进一步的，本申请还提供了该官能化石墨烯的制备方法和采用该官能化石墨烯制得的聚有机硅氧烷。第一方面，本申请提供一种官能化石墨烯，该官能化石墨烯包括一个或多个活性分子和石墨烯，多个该活性分子之间是相互隔离的。其中，每一该活性分子均通过C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯的上，且至少一个该活性分子通过多个所述C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯的上，所述C-O-Si共价键中的C来自所述石墨烯。需要说明的是，所谓的多个是指两个以上。该活性分子的主链结构为至少两个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构，或为Si-O-Si结构。每一个该活性分子具有包括至少两个活性官能团。可选的，每一个所述活性分子具有，每一端基官能团与所述主链结构中的一个Si连接。所述多个端基官能团包括所述至少两个活性官能团。可选的，所述多个端基官能团中每一端基官能团均直接与所述主链结构中的一个Si连接。可选的，所述多个端基官能团中每一端基官能团均通过烷基等链基与主链结构中的一个Si连接。可选的，所述多个端基官能团中，一部分端基官能团中的每一端基官能团均直接与所述主链结构中的一个Si连接，另一部分端基官能团中的每一端基官能团均通过烷基等链基与主链结构中的一个Si连接。在上述实施例中，由于该官能化石墨烯是指接枝有一个或活性分子的石墨烯，每一活性分子具有至少两个活性官能团，因此在该官能化石墨烯分散到有机硅油后，该至少两个活性官能团能与该有机硅油中的分子发生化学反应，所以该官能化石墨烯与有机硅油的相容性要好于现有技术中的石墨烯与有机硅油的相容性。进一步的，在该官能化石墨烯中，至少一个活性分子通过两个以上的C-O-Si共价键接枝在石墨烯的表面。也即，至少一个该活性分子是由接枝在石墨烯表面的两个以上的硅烷发生聚合反应后得到的。所以，相对于每一个硅烷通过一个C-O-Si共价键接枝在石墨烯的表面来说，至少一个该活性分子将以类似网状的结构覆盖在该石墨烯的表面，也即覆盖的面积更大。因此，本申请提供的官能化石墨烯相对于表面接枝硅烷的官能化石墨烯来说，具有更低的导电率。结合第一方面，在第一种可能的实施方式下，所述官能化石墨烯中碳元素的重量百分比大于或等于50％且小于或等于99.8％，氧元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％，硅元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％。本申请提供的官能化石墨烯中，除了碳元素之外，还具有氧元素和硅元素。因此，相对于现有技术的石墨烯来说，本申请提供的官能化石墨烯具有更低的导电率。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式下，所述石墨烯为单层石墨烯或多层石墨烯。在所述石墨烯为单层石墨烯的情况下，所述活性分子接枝在所述单层石墨烯的表面。在所述石墨烯为多层石墨烯的情况下，所述活性分子接枝在所述多层石墨烯的表面，或接枝在所述多层石墨烯中相邻两层石墨烯之间。其中，所述多层石墨烯的表面是指位于该多层石墨烯最边缘的两层石墨烯的外表面。需要说明的是，最边缘的每一石墨烯朝向与其相邻的一层石墨烯的表面为内表面，外表面与内表面是相对的。也即，在所述石墨烯为多层石墨烯的情况下，所述活性分子可以接枝在所述多层石墨烯的内部，也可以接枝在所述多层石墨烯的表面(或边缘)。结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式或第一方面的第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式下，所述至少两个活性官能团包括至少一个硅氢键或不饱和键和至少一个含氧的可水解基团。可选的，所述不饱和键为碳碳双键或碳碳三键。其中，该碳碳双键可以为乙烯基或丙烯基。结合第一方面的第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式下，所述含氧的可水解基团为烷氧基或酰氧基。需要说明的是，所述含氧的可水解基团也即可水解生成硅醇的基团。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第四种可能的实施方式中任一种实施方式，在第五种可能的实施方式下，所述石墨烯为石墨烯纳米片、氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第五种可能的实施方式中任一种实施方式，在第六种可能的实施方式下，在所述石墨烯为石墨烯纳米片的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于0.1微米且小于或等于150微米。在所述石墨烯为氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于1微米且小于或等于150微米。应当知道的是，在本实施例中，该官能化石墨烯的横向尺寸越大，则该官能化石墨烯的导热性能越好。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第六种可能的实施方式中任一种实施方式，在第七种可能的实施方式下，所述官能化石墨烯的导电率为大于或等于10-8S/m且小于或等于1000S/m.需要说明的是，石墨烯的导电率通常大于1000S/m。比如，石墨烯的导电率大于或等于8000S/m且小于或等于10000S/m.由此可见，本申请提供的官能化石墨烯的导电率要小于现有技术中石墨烯的导电率。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第七种可能的实施方式中任一种实施方式，在第八种可能的实施方式下，该石墨烯的厚度是纳米级的。可选的，所述石墨烯的平均厚度大于0.3纳米且小于或等于20纳米。应当知道的是，石墨烯的厚度越厚，则该石墨烯的导电率越高，且导热性能越差。这是因为，石墨烯的厚度越厚，意味着该石墨烯的层数越多，由于相邻两层之间的热阻比较大，所以该石墨烯的导热性能会比较差。还应当知道的是，在本申请中，沿着石墨烯的厚度方向，该石墨烯不同位置的厚度相差并不大，或者说，相差是很小的，该石墨烯不同位置的厚度均接近于平均厚度。所以，本实施例中，选取的石墨烯的平均厚度比较小，从而利用该石墨烯制得的所述官能化石墨烯的导电率比较低且导热性比较好。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第八种可能的实施方式中任一种实施方式，在第九种可能的实施方式下，所述石墨烯的横向尺寸大于或等于3微米且小于或等于300微米。值得注意的是，石墨烯的横向尺寸越大，利用该石墨烯制得的官能化石墨烯的横向尺寸也越大，进而该官能化石墨烯的导热性越好。结合第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种官能化石墨烯，其特征在于，包括一个或多个活性分子和石墨烯，多个所述活性分子之间是相互隔离的，每一所述活性分子均通过C‑O‑Si共价键接枝在所述石墨烯上，且至少一个所述活性分子通过多个所述C‑O‑Si共价键接枝在所述石墨烯上，所述C‑O‑Si共价键中的C来自所述石墨烯；所述活性分子的主链结构为至少两个Si‑O键串联后，再与Si键串联的结构；所述活性分子具有至少两个活性官能团。

【技术特征摘要】
2017.06.24 CN 201710489652X1.一种官能化石墨烯，其特征在于，包括一个或多个活性分子和石墨烯，多个所述活性分子之间是相互隔离的，每一所述活性分子均通过C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上，且至少一个所述活性分子通过多个所述C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上，所述C-O-Si共价键中的C来自所述石墨烯；所述活性分子的主链结构为至少两个Si-O键串联后，再与Si键串联的结构；所述活性分子具有至少两个活性官能团。2.根据权利要求1所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述官能化石墨烯中碳元素的重量百分比大于或等于50％且小于或等于99.8％，氧元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％，硅元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％。3.根据权利要求1或2所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述石墨烯为多层石墨烯，所述活性分子接枝在所述多层石墨烯的表面，或接枝在所述多层石墨烯中相邻两层石墨烯之间。4.根据权利要求1至3任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述至少两个活性官能团中的每个活性官能团与所述主链结构中的一个Si连接；。5.根据权利要求1至4任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述至少两个活性官能团包括至少一个硅氢键或不饱和键和至少一个含氧的可水解基团。6.根据权利要求5所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述含氧的可水解基团为烷氧基或酰氧基。7.根据权利要求1至6任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述石墨烯为石墨烯纳米片、氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯。8.根据权利要求7所述的官能化石墨烯，其特征在于，在所述石墨烯为石墨烯纳米片的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于0.1微米且小于或等于150微米；或，在所述石墨烯为氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于1微米且小于或等于150微米。9.根据权利要求1至8任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述官能化石墨烯的导电率为大于或等于10-8S/m且小于或等于1000S/m。10.根据权利要求1至9任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述C-O-Si共价键中的Si来自所述活性分子的主链结构。11.根据权利要求1至10任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，至少一个所述活性分子通过一个所述C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上。12.一种官能化石墨烯，其特征在于，包括一个或多个活性分子和石墨烯，多个所述活性分子之间是相互隔离的，每一所述活性分子均通过C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上，且至少一个所述活性分子通过多个所述C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上，至少一个所述活性分子通过一个所述C-O-Si共价键接枝在所述石墨烯上；所述C-O-Si共价键中的C来自所述石墨烯；所述活性分子的主链结构为Si-O-Si结构；所述活性分子具有至少两个活性官能团。13.根据权利要求1所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述官能化石墨烯中碳元素的重量百分比大于或等于50％且小于或等于99.8％，氧元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％，硅元素的重量百分比大于或等于0.1％且小于或等于49.9％。14.根据权利要求12或13所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述石墨烯为多层石墨烯，所述活性分子接枝在所述多层石墨烯的表面，或接枝在所述多层石墨烯中相邻两层石墨烯之间。15.根据权利要求12至14任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述至少两个活性官能团中的每个活性官能团与所述主链结构中的一个Si连接；。16.根据权利要求12至15任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述至少两个活性官能团包括至少一个硅氢键或不饱和键和至少一个含氧的可水解基团。17.根据权利要求16所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述含氧的可水解基团为烷氧基或酰氧基。18.根据权利要求12至17任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述石墨烯为石墨烯纳米片、氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯。19.根据权利要求18所述的官能化石墨烯，其特征在于，在所述石墨烯为石墨烯纳米片的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于0.1微米且小于或等于150微米；或，在所述石墨烯为氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯的情况下，所述官能化石墨烯的横向尺寸大于或等于1微米且小于或等于150微米。20.根据权利要求12至19任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述官能化石墨烯的导电率为大于或等于10-8S/m且小于或等于1000S/m。21.根据权利要求12至20任意一项所述的官能化石墨烯，其特征在于，所述C-O-Si共价键中的Si来自所述活性分子的主链结构。22.一种如权利要求1至11任意一项所述官能化石墨烯的制备方法，其特征在于，对分散有石墨烯和硅烷偶联剂的溶液进行加热处理，得到第一溶液，所述第一溶液中分散有表面接枝硅烷的石墨烯，所述表面接枝硅烷的石墨烯是由所述硅烷偶联剂的可水解基团与所述石墨烯表面的含氧官能团发生化学反应得到的；对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐焰，林悦，史蒂夫·霍奇，安德烈·法拉利，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，剑桥大学，
类型：发明
国别省市：广东,44