石墨烯-聚合物复合导热材料、导热膜及其制备方法技术

一种石墨烯‑聚合物复合导热材料、导热膜及其制备方法，该复合导热材料包括1％～10％的石墨烯填料、100％的基底聚合物、10％～60％的固化剂、1％～10％的分散剂与60％～90％的溶剂，具体将基底聚合物、分散剂和固化剂溶于溶剂并混合，然后加入被分散于溶剂的石墨烯填料后进行固化后制得石墨烯‑聚合物复合导热膜。本发明专利技术能够使得石墨烯在聚合物中形成完整的导热网络，显著提高聚合物的导热性能，从而使得石墨烯聚合物复合导热膜在电子产品领域具有良好的散热效果。

Graphene-polymer composite thermal conductive material, thermal conductive film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
石墨烯-聚合物复合导热材料、导热膜及其制备方法
本专利技术涉及导热材料
，尤其涉及一种具有高导热系数的石墨烯-聚合物复合导热材料、导热膜及其制备方法。
技术介绍
聚合物由于其耐腐蚀、重量轻、易加工、成本低等优点，在电子领域具有广泛的应用。然而，较低的导热性能限制了其在电子产品中的应用，大部分聚合物的导热系数小于0.5W·m-1·k-1。由于导热系数低，聚合物不能有效传导电子产品运行时所产生的热量。因此，提高聚合物的导热系数对于拓宽聚合物在导热领域的应用具有重要意义。提高聚合物导热性能通常有两种方法：一是从聚合物材料本身出发，合成出具有高本征导热系数的聚合物材料；二是在聚合物中添加高导热填料以提高聚合物导热性能。导热填料主要有金属、陶瓷、碳材料等。碳纳米管(CNT)和石墨烯具有优异的导热性能，碳纳米管和石墨烯的理论导热系数分别可达3000W·m-1·k-1和5000W·m-1·k-1。因此，在聚合物中添加碳纳米管或石墨烯可显著提高聚合物的导热系数。除填料的种类对聚合物导热性能产生显著影响外，填料的分散性对聚合物的导热性能也有重要影响。由于碳纳米管、石墨烯等高导热填料在聚合物中易形成团聚，使得碳纳米管、石墨烯等高导热填料未能显著提高聚合物的导热性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种石墨烯-聚合物复合导热材料、导热膜及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。为实现上述目的，本专利技术技术方案如下：作为本专利技术的一个方面，提供了一种石墨烯-聚合物复合导热材料，以基底聚合物的质量为100％，所述石墨烯-聚合物复合导热材料包括1％～10％的石墨烯填料、100％的基底聚合物、10％～60％的固化剂、1％～10％的分散剂与60％～90％的溶剂。作为本专利技术的另一方面，提供了一种如上所述的石墨烯-聚合物复合导热膜的制备方法，包括以下步骤：分别将基底聚合物、分散剂和固化剂溶于溶剂并混合，然后加入被分散于溶剂的石墨烯填料后进行固化，制得石墨烯-聚合物复合导热膜。基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术的石墨烯-聚合物复合导热材料中通过分散剂提高石墨烯填料在基底聚合物中的分散性，固化后可显著提高导热膜的导热性能；(2)本专利技术使用的石墨烯填料具有三维石墨烯结构，能够在聚合物中形成连通的网络结构，进一步提高了导热膜的导热性能；(3)本专利技术的石墨烯-聚合物复合导热膜的导热系数与基底聚合物相比，可提高9-12倍，且制备方法简单、操作便捷、材料价格低廉、应用范围广。附图说明图1为本专利技术实施例1乙炔反应时为5min下铜网上沉积的石墨烯的扫描电镜(SEM)照片；图2为本专利技术实施例2乙炔反应时为45min下铜网上沉积的石墨烯的SEM照片；图3为本专利技术实施例6不同反应时间下镍网上沉积石墨烯的拉曼光谱；图4为本专利技术实施例6石墨烯-环氧树脂复合材料的导热系数随乙炔反应时间的变化曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供了一种石墨烯-聚合物复合导热材料，以基底聚合物的质量为100％，所述石墨烯-聚合物复合导热材料包括1％～10％的石墨烯填料、100％的基底聚合物、10％～60％的固化剂、1％～10％的分散剂与60％～90％的溶剂。其中，所述石墨烯填料为以金属网作为生长基体，通过化学气相沉积法进行制备得到的三维石墨烯结构。此处“三维石墨烯结构”即为由石墨烯形成的三维的网络结构，是本专利技术的关键专利技术点之一，可显著提高复合导热材料的导热性能。其中金属网例如为80～100目数的铜网或镍网，当然并不局限于此，其中金属网目数对三维石墨烯结构的影响不大。其中，所述分散剂优选为椰油酸二乙醇酰胺、十二烷基硫酸钠、十二烷基磷酸酯钾、壬基酚聚氧乙烯醚TX-10、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9、邻苯二甲酸二乙脂、三乙醇胺或聚乙二醇。其中，所述石墨烯-聚合物复合导热材料还包括碳纳米管、膨胀石墨、改性碳纳米管中的一种或者多种，以作为辅填料；作为优选，所述辅填料占基底聚合物的1％～5％。其中，所述基底聚合物为聚酰胺树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、聚酯树脂或环氧树脂。其中，所述固化剂与基底聚合物相匹配，选自低温固化剂(固化温度低于室温)、室温固化剂(固化温度介于20～50℃)、中温固化剂(固化温度介于50～100℃)或高温固化剂(固化温度高于100℃)；优选地，所述低温固化剂包括聚琉醇或多异氰酸酯；优选地，所述室温固化剂包括脂肪族多胺或脂环族多胺；优选地，所述中温固化剂包括脂环族多胺、叔胺、眯唑类或三氟化硼络合物；优选地，所述高温固化剂包括芳香族多胺、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺或酰肼。其中，所述溶剂为丙酮、乙醇、醋酸甲酯、醋酸乙酯或三氯甲烷。本专利技术还提供了一种利用如上所述的石墨烯-聚合物复合导热材料固化形成的石墨烯-聚合物复合导热膜。本专利技术进一步提供了一种如上所述的石墨烯-聚合物复合导热膜的制备方法，包括以下步骤：分别将基底聚合物、分散剂和固化剂溶于溶剂并混合，然后加入被分散于溶剂的石墨烯填料后进行固化，制得石墨烯-聚合物复合导热膜。其中，所述石墨烯填料通过以下步骤制备：以金属网作为生长基体，采用化学气相沉积法在所述金属网上生长石墨烯，通过刻蚀去除金属网得到三维石墨烯结构，作为石墨烯填料；其中，该金属网例如为80～100目数的铜网或镍网优选地，所述化学气相沉积法以甲烷或乙炔作为碳源气体。其中，将石墨烯填料、基底聚合物、固化剂、分散剂分别与溶剂混合的方法，例如球磨法，磁力搅拌等。其中，固化温度是45～80℃，固化时间为1～24h。以下列举具体实施例来对本专利技术的技术方案作进一步说明：实施例1(1)铜网裁剪规格为2cm×2cm，依次用稀盐酸、无水乙醇、去离子水清洗，烘干待用。(2)将铜网放入管式炉中，然后通入100mL/min乙炔气体并反应5min，在铜网表面得到石墨烯。将沉积有石墨烯的铜网放入配置好的刻蚀剂中将铜网刻蚀，得到三维石墨烯网络，如图1所示。(3)将50g聚酰胺树脂、5mL壬基酚聚氧乙烯醚TX-10、6g眯唑类固化剂分别溶解在适量酒精中，所得溶液倒入模具中。然后将步骤(1)得到的0.5g三维石墨烯分散于酒精后，加入到该溶液中并在65℃下固化24h，得到石墨烯-聚酰胺树脂导热薄膜，其导热系数为1.82W·m-1·k-1。实施例2(1)铜网裁剪规格为2cm×2cm，依次用稀盐酸、无水乙醇、去离子水清洗，烘干待用。(2)将铜网放入管式炉中，然后通入100mL/min乙炔气体反应45min，在铜网表面得到石墨烯。将沉积有石墨烯的铜网放入配置好的刻蚀剂中将铜网刻蚀，得到三维石墨烯，如图2所示。(3)将50g环氧树脂、5mL壬基酚聚氧乙烯醚TX-10、6g眯唑类固化剂分别溶解在适量酒精中，所得溶液倒入模具中。然后将步骤(1)得到的0.5g三维石墨烯分散于酒精后，加入到该溶液中并在75℃下固化24h，得到石墨烯-环氧树脂导热薄膜，其导热系数为2.17W·m-1·k-1。实施例3(1)铜网裁剪规格为2cm×2cm，依次用稀盐酸、无水乙醇、去离子水清洗，烘干待用。(2)将铜网放入管式炉中，然后通入100mL/min甲烷气体反应25min，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯‑聚合物复合导热材料，以基底聚合物的质量为100％，所述石墨烯‑聚合物复合导热材料包括1％～10％的石墨烯填料、100％的基底聚合物、10％～60％的固化剂、1％～10％的分散剂与60％～90％的溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-聚合物复合导热材料，以基底聚合物的质量为100％，所述石墨烯-聚合物复合导热材料包括1％～10％的石墨烯填料、100％的基底聚合物、10％～60％的固化剂、1％～10％的分散剂与60％～90％的溶剂。2.根据权利要求1所述的石墨烯-聚合物复合导热材料，其特征在于，所述石墨烯填料为以金属网作为生长基体，通过化学气相沉积法进行制备得到的三维石墨烯结构；优选地，所述化学气相沉积法以甲烷或乙炔作为碳源气体，所述碳源气体的通入流量为100ml/min，生长时间为45min；优选地，所述金属网为80～100目数的铜网或镍网。3.根据权利要求1所述的石墨烯-聚合物复合导热材料，其特征在于：所述分散剂为椰油酸二乙醇酰胺、十二烷基硫酸钠、十二烷基磷酸酯钾、壬基酚聚氧乙烯醚TX-10、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9、邻苯二甲酸二乙脂或三乙醇胺聚乙二醇。4.根据权利要求1所述的石墨烯-聚合物复合导热材料，其特征在于，所述石墨烯-聚合物复合导热材料还包括碳纳米管、膨胀石墨、改性碳纳米管中的一种或者多种，以作为辅填料；作为优选，所述辅填料占基底聚合物的1％～5％左右。5.根据权利要求1所述的石墨烯-聚合物复合导热材料，其特征在于：所述基底聚合物为聚酰胺树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、聚酯树脂或环氧树脂；所述固化剂与基底聚合物相匹配，选自低温固化剂、室温固化剂、中温固化剂或高温固化剂；优选地，所述低温固化...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔彦斌，刘艳杰，汪前雨，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11