一种石墨烯换热膜及其制备方法、石墨烯换热涂料及其制备方法、复合材料技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯换热膜及其制备方法、石墨烯换热涂料及其制备方法、复合材料，属于石墨烯材料技术领域。本发明专利技术的石墨烯换热膜，主要成分为石墨烯；所述石墨烯的碳氧比不小于20；所述石墨烯的平均片层数不大于10层。本发明专利技术的石墨烯换热膜，通过选择具有较大的碳氧比和较少的层数的石墨烯，能够增大石墨烯换热膜的垂直方向的热扩散系数，从而使得石墨烯换热膜具有优良的导热性能。

A graphene heat exchange film and its preparation method, graphene heat exchange coating and its preparation method, composite materials

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯换热膜及其制备方法、石墨烯换热涂料及其制备方法、复合材料
本专利技术涉及一种石墨烯换热膜及其制备方法、石墨烯换热涂料及其制备方法、复合材料，属于石墨烯材料

技术介绍
随科技发展，各发热部件、设备对散热的要求越来越高，如PDP、MPU、CPU、LED等超薄微型化电子器件的热量聚集，暖气系统的加速热扩散，电池密闭PACK包的安全温度控制等。除主动散热外，被动散热目前多以石墨膜、热管、导热胶为主，均存在制备工艺复杂，能耗大，加工成本高、纵向散热慢的问题。自2004年石墨烯发现伊始，即受到广泛关注，其sp2杂化构成的单层二维晶体结构，使得在光学、电学、力学和热学方面具有多种优异特性，其中石墨烯的理论热导率为5000W·m-1·K-1，热稳定性和热辐射特性优异，在散热方面具有广阔应用前景。但石墨烯粉体易团聚，严重阻碍性能发挥，不能直接使用，目前均以浆料形式使用。但现有商用石墨烯导热浆料所用石墨烯，均以化学氧化还原法或强氧化剂插层机械剥离法制备，含有的大量含氧基团和缺陷，导热系数远低于石墨，而且不具备通过红外辐射将热源热量快速转移出去的作用。如现有技术中，申请公布号为CN106941736A的中国专利技术专利申请中公开了一种石墨烯电加热膜，该石墨烯电加热膜采用包括如下步骤的方法制得：1)制备石墨烯分散液：将5g的聚乙烯吡咯烷酮溶解在50mL的N-甲基吡咯烷酮中，采用机械搅拌分散方式将2g氧化还原法制备的石墨烯均匀地分散在N-甲基吡咯烷酮中，制备得到浓度为0.04g/mL的石墨烯分散液；2)涂覆石墨烯分散液：将30mL步骤1)制备的石墨烯分散液采用刮涂方式均匀地涂覆在PET膜上；3)制备石墨烯电加热膜：将涂敷在PET膜上的石墨烯分散液置于100℃的环境中干燥后置于辊隙为0.3mm的辊压机辊压，制备得到厚度为0.08mm的石墨烯电加热膜。该石墨烯电加热膜以氧化还原法制得的石墨烯含有大量的含氧基团，导热系数较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有良好导热性能的石墨烯换热膜。本专利技术还提供了一种用于制备上述石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料，能够提高石墨烯换热膜的导热性能。本专利技术还提供了一种上述石墨烯换热涂料的制备方法，能够提高低缺陷石墨烯的分散均匀程度。本专利技术还提供了一种工艺简单的石墨烯换热膜的制备方法。本专利技术还提供了一种能够快速散热的复合材料。为了实现以上目的，本专利技术的石墨烯换热膜的制备方法所采用的技术方案是：一种石墨烯换热膜，主要成分为石墨烯；所述石墨烯的碳氧比不小于20；所述石墨烯的平均片层数不大于10层。本专利技术的石墨烯换热膜，通过选择具有较大的碳氧比和较少的层数的石墨烯，控制缺陷率以提高载流子迁移速度，控制层数以减少红外辐射衰减，进而增强石墨烯换热膜的红外辐射效率，提高综合散热性能。为了进一步提高石墨烯换热膜的导热性能，优选的，所述石墨烯的拉曼光谱图中D峰的强度与G峰的强度之比不大于0.1。通常以拉曼光谱图中的D峰与G峰的强度之比来表示石墨烯的缺陷密度，通过降低石墨烯的缺陷密度能够进一步提高石墨烯换热膜的导热性能。所述石墨烯的拉曼光谱图中2D峰与G峰的间距与石墨相比减少5cm-1以上。本专利技术的用于制备石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料所采用的技术方案为：一种用于制备石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料，主要由溶剂和石墨烯组成；所述石墨烯的碳氧比不小于20，平均片层数不大于10层。本专利技术的用于石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料，通过选择具有较大的碳氧比和较少的层数的石墨烯，能够增大涂覆后形成的石墨烯换热膜的导热系数，从而提高石墨烯换热膜的导热性能。为了提高石墨烯在石墨烯换热涂料中的分散均匀程度，优选的，所述石墨烯换热涂料还包括分散稳定剂；所述分散稳定剂与石墨烯的质量比为0.5～5:5～15。优选的，所述分散稳定剂为有机分散稳定剂和/或无机分散稳定剂；所述有机分散稳定剂选自烷基二苯基醚磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基多聚葡萄糖苷、脂肪醇烷氧基化物、非离子型纤维素混合醚、聚乙二醇、硅烷偶联剂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮衍生物中的至少一种；所述无机分散稳定剂选自碳纳米管、金属粉、氮化物中的至少一种。为了提高的石墨烯换热涂料的涂覆性能，优选的，所述石墨烯换热涂料还包括助剂；所述助剂选自流平剂、增稠剂、触变剂中的至少一种。优选的，所述石墨烯的粒度D50为5～30μm。控制石墨烯的粒径在上述范围可有效避免制备的石墨烯换热膜出现缩孔、毛刺、附着力差等问题。优选的，所述石墨烯换热涂料的粘度为350～8000mPa·s。通过控制石墨烯换热涂料的粘度在上述范围能够进一步提高石墨烯换热涂料的涂覆性能，保证换热膜质量。本专利技术的用于石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料的制备方法所采用的技术方案为：一种上述的用于制备石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯与分散液混合后进行研磨，然后消泡，即得；所述分散液主要由分散稳定剂和溶剂组成。本专利技术的用于石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料的制备方法，工艺简单，通过将石墨烯分散在含分散稳定剂的分散液中，能够克服低缺陷石墨烯(尤其是碳氧比较高的石墨烯)不易与溶剂发生极化作用而分散均匀性差的问题，大大提高了石墨烯在溶剂中的分散均匀程度，对于制备高性能的石墨烯换热膜具有重大技术意义和使用价值。优选的，将石墨烯与分散液混合后进行研磨，然后加入助剂，再消泡；所述消泡为在负压下对体系进行搅拌。研磨后再加助剂，以避免助剂结构在研磨的高剪切力作用下受到破坏，影响制成的换热膜性能。通过在负压下对体系搅拌进行消泡能够极大地减少石墨烯换热涂料中的气泡，从而提高涂覆后形成的石墨烯换热膜的导热性能。为了进一步提高低缺陷石墨烯在溶剂中的分散均匀程度，优选的，所述研磨为采用棒销式砂磨机进行砂磨；砂磨过程中棒销研磨盘外缘的线速度为12～20m/s；砂磨过程中物料的循环次数为1～20次；研磨介质的粒径为0.3～1mm。本专利技术的石墨烯换热膜的制备方法所采用的技术方案为：一种上述的石墨烯换热膜的制备方法，包括以下步骤：将上述的用于制备石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料涂覆在基体上，干燥，即在基体上形成石墨烯换热膜。本专利技术的石墨烯换热膜的制备方法，流程短、工艺简单，能够保持石墨烯原料的低缺陷和片层结构特征，热辐射性能优异，对基材要求低，易于规模生产和加工使用。优选的，所述基体选自金属材料基体、高分子材料基体或石墨膜。本专利技术的复合材料所采用的技术方案为：一种复合材料，包括基体和设置在基体上的上述石墨烯换热膜。本专利技术的具有石墨烯换热膜的复合材料，具有散热快的优点。附图说明图1为实验例中实施例13中制得的石墨烯换热膜和对比例3的铝基体的温度变化示意图。具体实施方式本专利技术提供的石墨烯换热膜的厚度为5～82μm。若石墨烯换热膜的厚度低于5μm易产生针孔现象，厚度高于82μm则易造成换热膜表面剥离强度降低，产生掉粉现象。优选的，所述石墨烯换热膜的厚度为5～20μm。本专利技术提供的用于制备石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料，主要由溶剂和石墨烯组成；所述石墨烯的碳氧比不小于20，平均片层数不大于10层。如所述石墨烯的碳氧比为23～28。优选的，所述石墨烯的平均片层数为3～7层。进一步优选的，所述石墨烯的平均片层数为3～6层。优选的，所述石墨烯的拉曼光谱图中D峰的强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯换热膜，其特征在于：主要成分为石墨烯；所述石墨烯的碳氧比不小于20；所述石墨烯的平均片层数不大于10层。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯换热膜，其特征在于：主要成分为石墨烯；所述石墨烯的碳氧比不小于20；所述石墨烯的平均片层数不大于10层。2.根据权利要求1所述的石墨烯换热膜，其特征在于：所述石墨烯的拉曼光谱图中2D峰与G峰的间距与石墨相比减少5cm-1以上。3.一种用于制备石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料，其特征在于：主要由溶剂和石墨烯组成；所述石墨烯的碳氧比不小于20，平均片层数不大于10层。4.根据权利要求3所述的用于制备石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料，其特征在于：所述石墨烯换热涂料还包括助剂；所述助剂选自流平剂、增稠剂、触变剂中的至少一种。5.根据权利要求3所述的用于制备石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料，其特在于：所述石墨烯的粒度D50为5～30μm。6.根据权利要求3所述的用于制备石墨烯换热膜的石墨烯换热涂料，其特征在于：所述石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵国胜，张鹏，李子轩，
申请(专利权)人：郑州新世纪材料基因组工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41