一种石墨烯导热填料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种石墨烯导热填料及其制备方法和应用，包括以下步骤：将石墨烯组分和改性组分A在溶液中分散均匀，然后加入改性组分B并反应，反应完成后除去上清液获得改性石墨烯浆料，改性组分A与改性组分B反应并在石墨烯组分表面反应生成沉淀物或络合物作为改性层；将导热填料加入所述改性石墨烯浆料中分散以制备改性石墨烯/填料浆料；洗涤、干燥获得所述石墨烯导热填料，所述洗涤步骤包括通过洗涤溶液洗涤去除石墨烯组分表面沉淀物或络合物改性层的步骤。所述的石墨烯导热填料中石墨烯可与多种不同粒径的传统填料均匀复合，石墨烯分散均匀、结构完整性未被破坏，且制备方法简单无需高温热处理，在高导热热界面材料领域具有巨大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯导热填料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种石墨烯导热填料及其制备方法和应用。
技术介绍
热界面材料是普遍用于集成电路封装、电子器件及发光二极管(LED，LightEmittingDiode)灯散热管理的材料，其主要作用是填补热源与散热器接触界面的微观孔隙，排出接触界面空气，提高器件的散热性能。传统的界面导热材料主要是以金属氧化物、氮化硼、氮化铝等导热填料填充聚合物或油脂，制成的导热胶、导热脂、导热相变材料及导热橡胶等界面导热材料。随着电子器件高集成度组装的发展和大功率LED灯的应用，迫切需要有更好的界面导热材料及高热填料来解决日益突出的散热问题。石墨烯具有极高的热导率(单层，5300W/(mK))、优异的力学性能及良好的柔韧性，是目前被广泛研究的热界面材料填充材料。但是由于石墨烯容易团聚，难以在硅胶基体中均匀分散，仍未使石墨烯在导热界面材料中得到很好的应用。为了解决石墨烯的分散问题，研究人员通常需要先对石墨烯进行改性处理，再通过一定的复合方法来制备石墨烯均匀分散的复合材料。由于石墨烯改性时，其表面形成的沉淀物或络合物会对最终所需复合材料的性能带来负面影响，所以现有技术中需要通过高温热处理使改性时产生的沉淀物或络合物发生相变全部转化为复配纳米材料，高温热处理生产费用高，产生的尾气污染环境，并且这种情况下导热填料只能选择纳米颗粒材料，而石墨烯纳米复配复合材料产量低，不利于工业化生产；进一步的，现有技术中为了便于改性，使用的石墨烯来源多为氧化石墨烯或氧化还原石墨烯，而氧化石墨烯或氧化还原石墨烯结构中缺陷多，导热性能低于未经氧化处理的石墨烯；公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯导热填料及其制备方法和应用，所述的石墨烯导热填料中石墨烯组分可与多种不同粒径的传统填料均匀复合，石墨烯分散均匀、结构完整性未被破坏，且其制备方法简单无需高温热处理，在高导热热界面材料领域具有巨大的应用前景。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术手段予以实现：一种石墨烯导热填料的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯组分和改性组分A在溶液中分散均匀，然后加入改性组分B并反应，反应完成后除去上清液获得改性石墨烯浆料，所述改性组分A与改性组分B反应并在石墨烯组分表面反应生成沉淀物或络合物作为改性层；将导热填料加入改性石墨烯浆料中分散以制备改性石墨烯/填料浆料；洗涤、干燥所述改性石墨烯/填料浆料获得所述石墨烯导热填料，所述洗涤步骤包括通过洗涤溶液洗涤去除石墨烯组分表面沉淀物或络合物改性层的步骤。上述制备方法在一种可能的实现方式中，改性组分A为可溶性氯酸盐、硫酸盐、硝酸盐及其水合物中的至少一种；可选地，改性组分A为硝酸铝、硝酸铜、硝酸镍、硝酸铁、硝酸钴及其水合物中的至少一种。上述制备方法在一种可能的实现方式中，改性组分B为氨水、碱、尿素、铵盐、可溶性碳酸盐、可溶性碳酸氢盐中的至少一种。上述制备方法在一种可能的实现方式中，石墨烯组分中的石墨烯、改性组分A和改性组分B的摩尔比为1:0.25-4:0.25-5。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述洗涤溶液的溶质为氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸、硝酸、硫酸中的至少一种，所述洗涤溶液的溶剂为水、乙醇、乙二醇、丙酮、甘油中的至少一种。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述导热填料的尺寸为纳米级、亚微米级和/或微米级。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述石墨烯组分中的石墨烯为未经氧化处理的石墨烯，以保证石墨烯的结构完整性，从而能充分发挥石墨烯的高导热性。上述制备方法在一种可能的实现方式中，将石墨烯组分和改性组分A在溶液中分散均匀时，还将辅助组分加入所述溶液中分散均匀；可选地，所述辅助组分为分散剂、偶联剂、增稠剂中的至少一种，如：十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠等；进一步可选地所述辅助组分的添加质量不超过石墨烯组分含量的20％，更进一步可选地所述辅助组分的添加质量不超过石墨烯组分含量的5％。辅助组分的使用有利于制备所述的石墨烯导热填料，添加辅助组分的分散剂有利于石墨烯组分间插层，提高石墨烯组分的分散均匀性；添加辅助组分的偶联剂可以对石墨烯和传统填料颗粒表面进行接枝有机物官能团，强化石墨烯导热填料与热界面材料其他有机组分间的桥接作用；添加辅助组分的增稠剂可以通过高分子长支缠绕在浆料中形成空间位阻，防止在洗涤过程中石墨烯与传统填料颗粒配位结构紊乱。辅助成分为20％时仍然可获得石墨烯分散均匀的石墨烯导热填料，但考虑到辅助组分含量对石墨烯导热填料性能的影响，优选地辅助组分的添加量不超过5％。上述制备方法在一种可能的实现方式中，石墨烯组分、改性组分A和改性组分B在溶液中进行反应的温度为0～100℃，反应时间为2～48h。反应温度较高时可加快反应速度，但考虑到溶液中溶剂与溶质组分变化对石墨烯表面改性的影响，优选反应温度低于溶液沸点，反应时间不超过12h。上述制备方法在一种可能的实现方式中，石墨烯组分、改性组分A和改性组分B进行反应时使用的溶液为水、乙醇、乙二醇、丙酮、甲醇、异丙醇、正己烷中的至少一种。上述制备方法在一种可能的实现方式中，所述石墨烯组分为石墨烯浆料、石墨烯粉体、石墨烯与其他碳材料的复合浆料、石墨烯与其他碳材料的复合粉体中的至少一种。上述制备方法在一种可能的实现方式中，石墨烯组分、改性组分A加入溶液中分散均匀的方法为球磨、机械搅拌、超声分散、磁力搅拌中的至少一种。上述制备方法在一种可能的实现方式中，导热填料为所述的石墨烯导热填料总重量的0.01～80％。上述制备方法在一种可能的实现方式中，导热填料为金属颗粒、陶瓷颗粒、碳材料中的至少一种；其中：所述金属颗粒为银、铜、铝、铁、锌、镍中的至少一种，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁、氮化硅、碳化硅、氧化锌、氧化硅中的至少一种，所述碳材料为金刚石、碳纤维、炭黑中的至少一种。上述制备方法在一种可能的实现方式中，将导热填料加入改性石墨烯浆料中分散的方式为球磨、机械搅拌、超声分散、磁力搅拌中的至少一种，所述的分散时间为1～24h。上述制备方法在一种可能的实现方式中，洗涤步骤还包括去除杂质离子处理；可选地，去除杂质离子处理时采用的洗涤溶液为乙醇、丙酮、乙二醇等中的至少一种与水的混合溶液。上述制备方法在一种可能的实现方式中，洗涤步骤不需要高速离心清洗过程。上述制备方法在一种可能的实现方式中，干燥步骤的方式为自然风干、烘箱干燥、真空干燥、冷冻干燥、分子筛干燥中的至少一种。上述制备方法在一种可能的实现方式中，干燥步骤的温度不超过100℃，干燥时间不超过48h。一种石墨烯导热填料，包括导热填料以及分散在导热填料中的石墨烯组分，其中：所述导热填料的尺寸为纳米级、亚微米级和/或微米级。上述石墨烯导热填料在一种可能的实现方式中，所述石墨烯组分中的石墨烯为未经氧化处理的石墨烯，以保证石墨烯的结构完整性。上述石墨烯导热填料在一种可能的实现方式中，所述导热填料的重量占石墨烯导热填料总重量的0.01～80％。上述石墨烯导热填料在一种可能的实现方式中，导热填料为金属颗粒、陶瓷颗粒、碳材料中的至少一种；其中：所述金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯导热填料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将石墨烯组分和改性组分A在溶液中分散均匀，然后加入改性组分B并反应，反应完成后除去上清液获得改性石墨烯浆料，所述改性组分A与改性组分B反应并在石墨烯组分表面反应生成沉淀物或络合物作为改性层；将导热填料加入所述改性石墨烯浆料中分散以制备改性石墨烯/填料浆料；洗涤、干燥所述改性石墨烯/填料浆料获得所述石墨烯导热填料，所述洗涤步骤包括通过洗涤溶液洗涤去除石墨烯组分表面沉淀物或络合物改性层的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯导热填料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将石墨烯组分和改性组分A在溶液中分散均匀，然后加入改性组分B并反应，反应完成后除去上清液获得改性石墨烯浆料，所述改性组分A与改性组分B反应并在石墨烯组分表面反应生成沉淀物或络合物作为改性层；将导热填料加入所述改性石墨烯浆料中分散以制备改性石墨烯/填料浆料；洗涤、干燥所述改性石墨烯/填料浆料获得所述石墨烯导热填料，所述洗涤步骤包括通过洗涤溶液洗涤去除石墨烯组分表面沉淀物或络合物改性层的步骤。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述改性组分A为可溶性氯酸盐、硫酸盐、硝酸盐及其水合物中的至少一种。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述改性组分B为氨水、碱、尿素、铵盐、可溶性碳酸盐、可溶性碳酸氢盐中的至少一种。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯组分中的石墨烯、改性组分A和改性组分B的摩尔比为1:0.25-4:0.25-5。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述洗涤溶液的溶质为氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸、硝酸、硫酸中的至少一种，所述洗涤溶液的溶剂为水、乙醇、乙二醇、丙酮、甘油中的至少一种。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述导热填料的尺寸为纳米级、亚微米级和/或微米级。7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯组分中的石墨烯为未经氧化处理的石墨烯。8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将石墨烯组分和改性组分A在溶液中分散均匀时，还将辅助组分加入所述溶液中分散均匀；所述辅助组分为分散剂、偶联剂、增稠剂中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：司晓阳，丁世云，周旭峰，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33