氮掺杂石墨烯的制造方法及其复合式散热片的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂石墨烯的制造方法，其包括：利用至少一种固相含氮前驱物与石墨烯混合，以形成一混合物；以及将该混合物于一还原气氛下进行烧结，以形成一氮掺杂石墨烯。此外，本发明专利技术还提供一种复合式散热片的制造方法，包括：将上述方法所制得的氮掺杂石墨烯与一高分子粘结剂进行混合，以形成一浆料混合物；将该浆料混合物涂布于一金属基材的至少一表面上，以形成一复合材料；将该复合材料置入高温烘箱进行干燥；以及形成一具有一氮掺杂石墨烯薄膜的复合式散热片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及一种氮掺杂石墨烯的制造方法及其复合式散热片的制造方法，尤其涉及一种利用固相含氮前驱物的氮掺杂石墨烯的制造方法及其复合式散热片的制造方法。
技术介绍
石墨烯结构于2004年被具体观察发现并加以证实，已为近期碳相关研究中最具潜力和优势的新兴材料。石墨烯指具有一个碳原子至十个碳原子厚度以内的石墨层，为碳-碳共价键连接的六面型网状二维结构，具备良好热传导、电子传导、耐火、高电磁波吸收率及光穿透率等优良特性。此外，石墨烯可由进一步掺杂不同元素来调整材料内部电传导及热传导的性质，以往传统可由氮掺杂石墨烯来制备用于电子元件的复合材料，其氮掺杂步骤均使用液态氮源或氮气来完成，然使用液态氮源如中国专利公开号CN103818895A和CN104229789A内容所示，需于过程中额外添加溶剂，如此不仅可能造成不必要的污染，也会增加材料于制备上步骤程序繁琐的缺点；而使用氮气掺杂则需要较高能量方能使氮元素有效掺杂于石墨烯结构中，故本专利技术强调的固相制法，不仅具有氮源成本低廉且易于取得的优点，更具备运送及保存容易的优势，且本技术的固相制法在常压下进行即可，能有效降低量产时的困难及危险性，并减少对环境造成的污染。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种氮掺杂石墨烯的制造方法及一种高导热的复合式散热片的制造方法，其适于工业化连续式生产，复合式散热片可为氮掺杂石墨烯与铜箔、氮掺杂石墨烯与铝基材或是氮掺杂石墨烯与其他相关金属基材的复合散热材。本专利技术主要针对石墨烯中含氧化官能基结构进行氮掺杂，其中石墨烯的结构组成并无含氮(N)，石墨烯先驱物可为膨胀石墨、石墨层间化合物或石墨等的组合。本专利技术利用添加不同种类的固相氮源，并于一还原气氛下进行高温烧结，以形成氮掺杂石墨烯，其中固相氮源包括有机及无机固相氮源，以掺杂方式(doping)将氮掺杂进石墨烯的结构中，固相氮源添加除了可对氧进行取代并进行掺杂外，透过本专利技术也能够使石墨烯增加晶格完整度并提高石墨烯的结晶性以及热传导效率。此外，由于氮掺杂过程在常压下即可进行，可避免石墨烯在氮掺杂过程中因高压而使其晶型结构改变或断裂而造成晶格缺陷，可适用于各种石墨烯材料。本专利技术可简单、有效地提高石墨烯中碳与碳间的结构完整性，且使用的有机或无机固相氮源具有成本低及易取得的优点，可有效降低制造成本。本专利技术的另一目的在于利用简单的固相制法，以氮掺杂方式修补石墨烯中的结构缺陷，并且使用工业中最常使用的涂布法，将氮掺杂石墨烯涂布于合适的金属基材上，以形成高导热的复合式散热片，藉此可达到工业化生产的需求。根据上述的目的，首先，本专利技术提供一种氮掺杂石墨烯的制造方法，包括:利用至少一种固相含氮前驱物与一石墨烯混合，以形成一混合物；以及将该混合物于一还原气氛下进行烧结，以形成一氮掺杂石墨烯。在此，于烧结后，可选择性进行研磨粉碎步骤，以形成氮掺杂石墨烯粉体或其他固相形态的氮掺杂石墨烯。根据上述的目的，接着，本专利技术提供一种复合式散热片的制造方法，包括:将上述方法所制得的氮掺杂石墨烯与一高分子粘结剂进行混合，以形成一浆料混合物；将该浆料混合物涂布于一金属基材的至少一表面上，以形成一复合材料；将该复合材料置入高温烘箱进行干燥；以及形成一具有一氮掺杂石墨烯薄膜的复合式散热片。在此，该浆料混合物涂布于一金属基材的涂布方式可为单面涂布或双面涂布，涂布膜厚可以是薄的或是厚的。于本专利技术中，该氮掺杂石墨烯具有以下键结方式：吡啶氮(PyridinicN)(398.1～399.3eV)和石墨氮(GraphiticN)(401.1～402.7eV)。在本专利技术中，复合式散热片的氮掺杂石墨烯薄膜可以为面向热源或面向远离热源的金属背盖或塑料背盖的方式，利用双面胶将具有氮掺杂石墨烯薄膜的复合式散热片贴在基材上面，以对准热源，可吸收CPU或是电池散发出的热量，将其热量以热传导或热辐射方式导离热源，避免热源残留于电子产品中导致电池效能降低或是电子零件损坏。此外，本专利技术所载的氮掺杂石墨烯的制备方法也可利用已合成或市售的有机及/或无机固相氮源材料，以氮掺杂进入石墨烯结构的方式，使石墨烯增加晶格完整度并提高石墨烯的结晶性以及热传导效率，其中石墨烯包括可选自单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯及石墨烯衍生物中的至少一种。如前述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其中该固相含氮前驱物与该石墨烯可以固相混合方式，以形成该混合物。如前述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其中该固相含氮前驱物可为一有机固相氮源、一无机固相氮源或该有机固相氮源与该无机固相氮源的组合来与该石墨烯进行混合，其中该有机固相氮源可选自C6H12N4、C6H5COONH4、(NH4)2CO3、HOC(CO2NH4)(CH2CO2NH4)2、HCO2NH4、C3H3N6、C11H7N、C10H6(CN)2及C12H7NO2中的至少一种，而该无机固相氮源则可选自NH4NO3及其他无机硝酸盐类中的至少一种。如前述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其中该石墨烯较佳选自单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯及石墨烯衍生物中的至少一种。如前述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其中该氮掺杂石墨烯较佳具有吡啶氮(PyridinicN)(398.1～399.3eV)和石墨氮(GraphiticN)(401.1～402.7eV)的键结方式。如前述的氮掺杂石墨烯的制造方法，以该石墨烯与该固相含氮前驱物混合的总重量做为基准，该固相含氮前驱物与该石墨烯混合的重量比值较佳为1以上。如前述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其中该石墨烯与该固相含氮前驱物混合的重量比例较佳为1：1至1：30。如前述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其中该氮掺杂石墨烯的氮含量范围较佳为0.04-5wt％。如前述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其中该混合物较佳于300℃至800℃的温度下进行烧结。如前述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其中该混合物进行烧结的时间较佳为0.5～10小时。如前述的复合式散热片的制造方法，其中该高分子粘结剂较佳为羧甲基纤维素(CMC)。如前述的复合式散热片的制造方法，其中该浆料混合物更可包括添加一导电剂、一胶粘剂或其组合，其中该导电剂的具体举例包括但不限于，KS-6(导电石墨)、Super-P(导电碳黑)；该胶粘剂的具体举例包括但不限于SBR(丁苯橡胶)。如前述的复合式散热片的制造方法，其中该浆料混合物中的氮掺杂石墨烯含量较佳为50-93wt％，更佳为89-92wt％。如前述的复合式散热片的制造方法，该金属基材较佳为一铜箔。如前述的复合式散热片的制造方法，其中该氮掺杂石墨烯薄膜的厚度较佳为15-65μm。附图说明图1为根据本专利技术测试例1-5、7-9、12及实施例12-14所述的复合式散热片结构示意图；图2为根据本专利技术测试例1-5、7-9、12及实施例12-14所述的复合式散热片的散热测试装置示意图；图3A为根据本专利技术对照例所述的石墨烯材料的SEM图；图3B为根据本专利技术所述的氮掺杂石墨烯材料的XPS键结能量图；图3C为根据本专利技术实施例6所述的氮掺杂石墨烯材料的XPS键结能量图；图4为根据本专利技术测试例6、10-11及13所述的复合式散热片结构示意图；图5为根据本专利技术测试例5未氮掺杂的石墨烯涂布铜箔金像显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮掺杂石墨烯的制造方法，其特征在于，包括:利用至少一种固相含氮前驱物与一石墨烯混合，以形成一混合物；以及将所述混合物于一还原气氛下进行烧结，以形成一氮掺杂石墨烯。

【技术特征摘要】
2015.06.22 TW 1041200501.一种氮掺杂石墨烯的制造方法，其特征在于，包括:利用至少一种固相含氮前驱物与一石墨烯混合，以形成一混合物；以及将所述混合物于一还原气氛下进行烧结，以形成一氮掺杂石墨烯。2.如权利要求1所述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其特征在于，所述固相含氮前驱物与所述石墨烯以固相混合方式，以形成所述混合物。3.如权利要求1或2所述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其特征在于，所述固相含氮前驱物为一有机固相氮源，所述有机固相氮源选自C6H12N4、C6H5COONH4、(NH4)2CO3、HOC(CO2NH4)(CH2CO2NH4)2、HCO2NH4、C11H7N、C3H3N6、C10H6(CN)2及C12H7NO2中的至少一种。4.如权利要求1或2所述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其特征在于，所述固相含氮前驱物为一无机固相氮源，所述无机固相氮源选自NH4NO3及其他无机硝酸盐类中的至少一种。5.如权利要求1或2所述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其特征在于，所述固相含氮前驱物为一有机固相氮源与一无机固相氮源的组合，所述有机固相氮源选自C6H12N4、C6H5COONH4、(NH4)2CO3、HOC(CO2NH4)(CH2CO2NH4)2、HCO2NH4、C11H7N、C3H3N6、C10H6(CN)2及C12H7NO2中的至少一种，所述无机固相氮源选自NH4NO3及其他无机硝酸盐类中的至少一种。6.如权利要求1或2所述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其特征在于，所述石墨烯选自单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯及石墨烯衍生物中的至少一种。7.如权利要求1或2所述的氮掺杂石墨烯的制造方法，其特征在于，所述氮掺杂石墨烯具有吡啶氮(PyridinicN)(398.1～399.3eV)和石墨氮(Graphit...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟仁，谢政哲，沈骏，
申请(专利权)人：中原大学，骏沛应用炭素科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71