一种石墨烯基导热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯基导热复合材料的制备方法，包括：A)铝盐和碱混合水解得到氢氧化铝溶胶；B)酸化石墨烯、氢氧化铝溶胶和偶联剂反应得到包覆氢氧化铝层的石墨烯；C)将所述包覆氢氧化铝层的石墨烯退火，得到包覆氧化铝层的石墨烯，即为石墨烯基导热复合材料。本发明专利技术在石墨烯片上原位复合氧化铝层，使得石墨烯表面带有一定的官能团，与高分子之间的界面结合力得到大大提高。同时上述方法处理的复合材料不容易团聚，而且纳米氧化铝膜也可以起到一定的绝缘作用，在相同热导率的情况下，20～40份石墨烯/纳米氧化铝片可以取代100份的氧化铝填料，重量大大减轻，同时力学性能也得到很好的改善。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯基导热复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料
，尤其是涉及一种石墨烯基导热复合材料及其制备方法。
技术介绍
导热高分子复合材料是由导热填料和聚合物基体复合而成的多相体系，在热量传递(即晶格振动传递)过程中，必然要经过许多基体-填料界面，因此界面间的结合强度也直接影响整个复合材料体系的热导率。基体和填料界面的结合强度与填料的表面处理有很大关系，取决于颗粒表面易湿润的程度。这是因为填料表面润湿程度影响填料与基体的黏结程度、基体与填料界面的热障、填料的均匀分散、填料的加入量等一些直接影响体系热导率的因素。增加界面结合强度能提高复合材料的热导率。导热填料有氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅等；其中，尤以微米级氧化铝、硅微粉为主体，纳米氧化铝，氮化物做为高导热领域的填充粉体。而用在航空、航天、LED、精密电子仪器等特殊领域的高导热填料有纤维状高导热碳粉、鳞片状高导热碳粉、高导热布等。新一代微处理器要求导热材料具有更高的热导率和更好的长期使用可靠性，某些应用领域还需兼顾绝缘、减振和固定等功能。为了提高封装树脂的综合性能，以满足现代日益发展的微电子封装的要求，导热填料在封装树脂中所占的比例也将会越来越大。所以在一定程度上来讲，导热填料对封装树脂性能的好坏起着决定性作用，对导热填料的研究也成为研究开发导热材料的重要组成部分。研制低成本的高热导率填料代替常用的氧化铝等填料，需要在不降低导热材料热导率的前提下减少填料的加入量，从而提高导热材料对接触材料表面的润湿性能，达到降低接触热阻提高传热效率的目的。目前市场上使用的高热导率的导热填料主要有氮化硼、氮化铝等，氮化铝导热系数非常高，但是价格昂贵，通常每公斤在千元以上；氮化铝吸潮后会与水反应会水解AlN+3H20＝Al(OH)3+NH3，水解产生的Al(OH)3会使导热通路产生中断，进而影响声子的传递，因此做成制品后热导率偏低。氮化硼的导热系数也非常高，性质稳定，但是价格也很高，市场价从几百元到上千元不等，单纯使用氮化铝/氮化硼，虽然可以达到较高的热导率，但体系粘度急剧上升，严重限制了产品的应用领域。石墨烯导热系数高，热性能稳定，但是石墨烯粉体由于质量轻，比表面积大，在加入高分子体系时存在团聚问题，不能很好的分散形成良好的导热网络通路；同时石墨烯很难与高分子有很好的结合力，在力学性能上不能达到要求。尤其是裸露的石墨烯可能会造成短路等危害。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种石墨烯基导热复合材料，本专利技术提供的石墨烯基导热复合材料热导率高，力学性能好。本专利技术提供了一种石墨烯基导热复合材料，包括石墨烯和原位包覆在所述石墨烯外表面的氧化铝层。本专利技术提供了一种石墨烯基导热复合材料的制备方法，包括：A)铝盐和碱混合水解得到氢氧化铝溶胶；B)酸化石墨烯、氢氧化铝溶胶和偶联剂反应得到包覆氢氧化铝层的石墨烯；C)将所述包覆氢氧化铝层的石墨烯退火，得到包覆氧化铝层的石墨烯，即为石墨烯基导热复合材料。优选的，步骤A)所述铝盐选自氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝和硫化铝中的一种或几种；所述碱选自氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种。优选的，步骤A)所述铝盐和碱的质量比为(4～10):(1～5)。优选的，步骤A)所述水解的pH值为9～12；所述水解温度为50℃～90℃。优选的，其特征在于，所述偶联剂选自铝酸酯、钛酸酯、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH570中的一种或几种；优选的，步骤B)所述酸化石墨烯、铝盐和铝酸酯偶联剂的质量比为(1～5)：(40～200)：(0.01～0.1)。优选的，步骤B)所述反应温度为50℃～90℃；所述反应时间为0.5h～6h。优选的，步骤B)所述得到包覆氢氧化铝层的石墨烯后还包括洗涤、烘干；所述洗涤溶剂选自水、甲醇和乙酸乙酯中的一种；所述烘干温度为80℃～120℃。优选的，步骤C)所述退火处理的温度为300～500℃，所述退火处理时间为0.5h～4h。优选的，步骤C)所述氧化铝的粒径为10～100nm。与现有技术相比，本专利技术提供了一种石墨烯基导热复合材料的制备方法，包括：A)铝盐和碱混合水解得到氢氧化铝溶胶；B)酸化石墨烯、氢氧化铝溶胶和偶联剂反应得到包覆氢氧化铝层的石墨烯；C)将所述包覆氢氧化铝层的石墨烯退火，得到包覆氧化铝层的石墨烯，即为石墨烯基导热复合材料。本专利技术在石墨烯片上原位复合氧化铝层，使得石墨烯表面带有一定的官能团，与高分子之间的界面结合力得到大大提高。同时上述方法处理的复合材料不容易团聚，而且纳米氧化铝膜也可以起到一定的绝缘作用，在相同热导率的情况下，20～40份石墨烯/纳米氧化铝片可以取代100份的氧化铝填料，重量大大减轻，同时力学性能也得到很好的改善。附图说明图1为本专利技术实施例2制备得到的石墨烯/纳米氧化铝复合粉体扫描电镜图。具体实施方式本专利技术提供了一种石墨烯基导热复合材料及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。本专利技术提供了一种石墨烯基导热复合材料，包括石墨烯和原位包覆在所述石墨烯外表面的氧化铝层。本专利技术所述的石墨烯基导热复合材料包括石墨烯。本专利技术对此不进行限定，本领域技术人员熟知的片状石墨烯即可。本专利技术所述片状石墨烯的厚度优选为3nm以下。本专利技术提供的石墨烯基导热复合材料包括在所述石墨烯外表面的氧化铝层。本专利技术所述氧化铝层是氢氧化铝溶胶原位聚合反应包覆在所述石墨烯层外表面得到的氧化铝层。本专利技术对于所述氧化铝层的厚度不进行限定，优选为5～50nm，更优选为10～30nm。本专利技术对于上述原位包覆的具体方式下述会有清楚的描述。本专利技术制备得到的石墨烯-氧化铝片复合材料不易团聚，不导电。同时由于合成过程中进行的功能化处理，提高了分子间的界面结合力。本专利技术上述复合材料不但保持了二维的片层结构以提高与基胶的耦合性能，石墨烯表面的纳米氧化铝层厚度还可控，并且解决了石墨烯表面没有官能团，不能很好的与高分子材料浸润的问题。本专利技术提供了一种石墨烯基导热复合材料的制备方法，包括：A)铝盐和碱混合水解得到氢氧化铝溶胶；B)酸化石墨烯、氢氧化铝溶胶和偶联剂反应得到包覆氢氧化铝层的石墨烯；C)将所述包覆氢氧化铝层的石墨烯退火，得到包覆氧化铝层的石墨烯，即为石墨烯基导热复合材料。本专利技术首先将铝盐和碱混合水解得到氢氧化铝溶胶。本专利技术铝盐和碱混合、调节pH值，加热水解得到氢氧化铝溶胶。其中，所述铝盐优选选自氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝和硫化铝中的一种或几种；更优选选自氯化铝、硫酸铝、硝酸铝和硫化铝中的一种或几种；所述碱优选选自氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种。本专利技术对上述组分的来源不进行限定，市售即可。本专利技术所述铝盐和碱的质量比优选为(4～10):(1～5)；更优选为(5～9):(2～4)。所述水解的pH值优选为9～12。所述水解的温度优选为50℃～90℃，更优选为60～80℃；所述水解的时间优选为1～5h，更优选为2～4h本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯基导热复合材料，包括石墨烯和原位包覆在所述石墨烯外表面的氧化铝层。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基导热复合材料，包括石墨烯和原位包覆在所述石墨烯外表面的氧化铝层。2.一种石墨烯基导热复合材料的制备方法，包括：A)铝盐和碱混合水解得到氢氧化铝溶胶；B)酸化石墨烯、氢氧化铝溶胶和偶联剂反应得到包覆氢氧化铝层的石墨烯；C)将所述包覆氢氧化铝层的石墨烯退火，得到包覆氧化铝层的石墨烯，即为石墨烯基导热复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述铝盐选自氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝和硫化铝中的一种或几种；所述碱选自氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述铝盐和碱的质量比为(4～10):(1～5)。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述水解的pH值为9～12；所述水解温度为50℃～90℃。6.根据权利要求2～5任意一项所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁世云，周旭峰，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33