本发明专利技术提供一种高导电、导热碳材料薄膜成型工艺及其薄膜产品，包括步骤：（1）将碳材料粉末、分散剂加入溶剂中进行混合得到碳材料浆体；（2）在碳材料浆体中加入粘结剂、塑化剂，再进行混合得到均匀稳定的浆料；（3）成型，将浆料从流延成型设备的料斗下部流至基带上，通过基带与刮刀的相对运动形成坯膜；（4）将碳材料坯膜置于烘干室中蒸发溶剂；（5）进行预烧，预烧温度200℃-800℃；（6）在保护气氛下，升温至1000-2000℃烧结1-10h,得烧结薄膜。本发明专利技术将粘结剂分散于坯膜中，使坯膜具有一定的强度和可操作性，并便流延成型，降低碳材料薄膜的孔隙率，提高碳材料薄膜产品的导电、导热性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨
，具体涉及一种高导电、导热碳材料薄膜及其成型工艺。
技术介绍
人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，而石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。石墨烯一直以来被认为是假设性的结构，无法单独的存在。直至2004年，英国的物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁偌奥·肖洛夫，成功的在实验中从石墨分离出石墨烯，从而证实它是可以单独存在的，二人也因二维石墨烯的开创性实验而共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，从2006年开始，研究论文急剧增加。作为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料，石墨烯具有非凡的物理及电学性质，如高导电性、机械强度高、透明度好、高导热性等。这些优异的性能使其在高速晶体管、传感器、激光器、触摸面板、蓄电池及高效太阳能电池等多种领域有光明的应有前景。石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法2种，其中机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法，化学法包括化学还原法与化学解理法等。微机械分离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来，可获得高品质石墨烯，且成本低，但缺点是石墨烯薄片尺寸不易控制，无法可靠地制造出长度足供应用的石墨薄片样本，不适合量产。取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，石墨烯性能令人满意，但往往厚度不均匀。加热碳化硅法能可控地制备出单层或多层石墨烯，是一种非常新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法，但制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。化学还原法能够低成本制备石墨烯，但很难制备出高品质的石墨烯薄片。化学解理法是利用氧化石墨通过热还原方法制备石墨烯，是一种重要的石墨烯制备方法。其中化学气相沉积法提供了一种可控制备石墨烯的有效方法，其最大优点在于可制备出面积较大的石墨烯片，但其缺点是必须在高温下完成，且在制作过程中，石墨烯膜有可能形成缺陷。而经过改进的微波等离子体化学气相沉积法，其处理温度较低，只有大约400℃，但是仍然不适于量产。 在这些工艺的基础上，国外石墨烯的研究开始转入如何降低成本并大规模制备的阶段。如韩国科学家使用化学气相沉积法，在制备大尺寸、高质量石墨烯薄膜方面取得了重大突破 ，生产出高纯度石墨烯薄膜，还把它们贴在透明可弯曲的聚合物上，制成了一种透明电极——这算得上是化学气相沉积法制造石墨烯迄今取得的最大成就之一；美国加州大学洛杉矶分校研究人员开发了制造石墨烯和碳纳米管混合材料的新方法，制作出一种新型的石墨烯纳米结构——介孔石墨烯，可以用于大规模生产以介孔石墨烯为基础的半导体集成电路；日本研究人员在硅衬底上制作了石墨烯薄膜。 然而，上述方法都比较复杂，制成的薄膜缺陷较大，生产效率低，且不能规模化的用于工业生产。如何在工业上大规模、简单成型出高导电、高导热的石墨烯薄膜仍旧是一个有待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种成型工艺简单、能够大规模成型的高质量碳材料薄膜的方法。本专利技术的第二个目的是提供一种孔隙率低、高导电、高导热性能优异的碳材料薄膜。本专利技术的第三个目的是提供一种复合材料的应用领域，主要应用于高速晶体管、传感器、激光器、触摸面板、蓄电池及高效太阳能电池等多种领域。除非另外定义，本文所使用的所有科技术语具有如本专利技术所属领域中的普通技术人员所共知的相同含义。在矛盾的情况下，以包括定义的本说明书为准。本专利技术描述了合适的方法和材料，但类似于或相当于本专利技术所述方法和材料可用于实施或检验本专利技术。本专利技术中，所述的份数都为重量份数。 本专利技术中碳材料薄膜为本领域所公知的含义，包括但不局限于以下物质的一种或多种：碳黑、石墨、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯、纳米碳球、金刚石、碳纳米纤维。 一种高导电、导热碳材料薄膜成型工艺，包括以下步骤：（1）将碳材料粉末、分散剂加入溶剂中进行混合得到碳材料浆体，所述碳材料粉末和分散剂的质量比为100：0.01-5；（2）在碳材料浆体中加入粘结剂、塑化剂，再进行混合得到均匀稳定的浆料，所述粘结剂的用量占碳材料粉末质量的5-60%，塑化剂的用量占碳材料粉末质量的0.1-10%；（3）成型，将浆料从流延成型设备的料斗下部流至基带上，通过基带与刮刀的相对运动形成坯膜；（4）将碳材料坯膜置于烘干室中蒸发溶剂；（5）将脱除溶剂后的碳材料坯膜进行预烧，预烧温度200℃-800℃，用以脱除碳材料坯膜中的粘结剂、塑化剂和分散剂；（6）在保护气氛下，升温至1000-3000℃烧结，烧结时间1-10h, 得烧结薄膜。优选的，所述的步骤（1）中的还加入占碳材料粉末质量的0.1-100%的低熔点金属和/或低熔点金属合金。更优的，所述的低熔点金属包括铁、锰、钴、铜、钡中的至少一种。所述低熔点金属与低熔点金属合金熔点范围是1000-2000℃。所述的步骤（3）-（6）中的一步或多步中，添加强度为20-2000kv/m的电场，使针状碳材料薄膜内部在轴向方向进行取向或者使片状碳材料薄膜卷曲部分在二维空间内舒展。所述的碳材料粉末平均粒径为0.001-50μm；所述的碳材料为碳黑、石墨、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯、金刚石中的至少一种。所述的碳黑为导电碳黑。所述的步骤（1）中的混合是指于球磨罐中进行球磨混合，所述球磨时间为1-5小时。所述的步骤（2）中的混合是指于球磨罐中进行球磨混合，并对球磨罐进行抽真空处理来去除浆料中的气泡；所述球磨时间为1-5小时。所述的步骤（4）中烘干室的温度为三段烘干，其中一段烘干温度为30-50℃、时间为30-180min；二段烘干温度为50-80℃、时间为30-180min；三段烘干温度为80-100℃、时间为30-180min。所述的步骤（5）中预烧分为三步，其中第一步温度为200-300℃、时间为30-180min；第二步温度为300-500℃、时间为30-180min；第三步温度为500-800℃、时间为30-180min。所述步骤（1）中溶剂为水或有机溶剂。所述的有机溶剂为乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、甲苯、二甲苯中的一种或多种。所述的粘结剂为羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、聚乙烯醇、苯丙乳胶液、丙烯酸乳剂、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸中的一种。所述的分散剂为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、磷酸酯、三油酸甘油酯或鲱鱼油中的一种。所述的塑化剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、二乙基草酸酯、甘油或聚乙二醇中的一种。所述步骤（6）中的保护气氛为氢气、氩气、甲烷、氮气或真空气体状态中的至少一种。本专利技术的另一个专利技术目的是提供上述成型工艺制备的高导电、导热碳材料薄膜，所述碳材料薄膜的孔隙率为0.1-2.5%、厚度为1μm-100μm。优选的，所述的碳材料薄膜为石墨本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高导电、导热碳材料薄膜成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：（1）将碳材料粉末、分散剂加入溶剂中进行混合得到碳材料浆体，所述碳材料粉末和分散剂的质量比为100：0.01‑5；（2）在碳材料浆体中加入粘结剂、塑化剂，再进行混合得到均匀稳定的浆料，所述粘结剂的用量占碳材料粉末质量的5‑60%，塑化剂的用量占碳材料粉末质量的0.1‑10%；（3）成型，将浆料从流延成型设备的料斗下部流至基带上，通过基带与刮刀的相对运动形成坯膜；（4）将碳材料坯膜置于烘干室中蒸发溶剂；（5）将脱除溶剂后的碳材料坯膜进行预烧，预烧温度200℃‑800℃，用以脱除碳材料坯膜中的粘结剂、塑化剂和分散剂； （6）在保护气氛下，升温至1000‑3000℃烧结，烧结时间1‑10h, 得烧结薄膜。
【技术特征摘要】
1.一种高导电、导热碳材料薄膜成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将碳材料粉末、分散剂加入溶剂中进行混合得到碳材料浆体，所述碳材料粉末和分散剂的质量比为100：0.01-5；
（2）在碳材料浆体中加入粘结剂、塑化剂，再进行混合得到均匀稳定的浆料，所述粘结剂的用量占碳材料粉末质量的5-60%，塑化剂的用量占碳材料粉末质量的0.1-10%；
（3）成型，将浆料从流延成型设备的料斗下部流至基带上，通过基带与刮刀的相对运动形成坯膜；
（4）将碳材料坯膜置于烘干室中蒸发溶剂；
（5）将脱除溶剂后的碳材料坯膜进行预烧，预烧温度200℃-800℃，用以脱除碳材料坯膜中的粘结剂、塑化剂和分散剂；
（6）在保护气氛下，升温至1000-3000℃烧结，烧结时间1-10h, 得烧结薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种高导电、导热碳材料薄膜成型工艺，其特征在于：所述的步骤（1）中的还加入占碳材料粉末质量的0.1-100%的低熔点金属和/或低熔点金属合金。
3.根据权利要求2所述的一种高导电、导热碳材料薄膜成型工艺，其特征在于：所述的低熔点金属包括铁、锰、钴、铜、钡中的至少一种；所述低熔点金属与低熔点金属合金熔点范围是1000-2000℃。
4.根据权利要求1所述的一种高导电、导热碳材料薄膜成型工艺，其特征在于：所述的步骤（3）-（6）中的一步或多步中，添加强度为20-2000kv/m的电场，使针状碳材料薄膜内部在轴向方向进行取向或者使片状碳材料薄膜卷曲部分在二维空间内舒展。
5.根据权利要求1所述的一种高导电、导热碳材料薄膜成型工艺，其特征在于：所述的碳材料粉末平均粒径为0.001-50μm；所述的碳材料为碳黑、石墨、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯、金刚石中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种高导电、导热碳材料薄膜成型工艺，其特征在于：所述的碳黑为导电碳黑。
7.根据权利要求1所述的一种高导电、导热碳材料薄膜成型工艺，其特征在于：所述的步骤（1）中的混合是指于球磨罐中进行球磨混合，所述球磨时间为1-5小时；所述的步骤（2）中...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨桂生，姚晨光，李万里，
申请(专利权)人：合肥杰事杰新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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