一种石墨烯碳纳米管复合高导热膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯/碳纳米管复合导热膜的制备方法，主要包括如下步骤：用改良的hummers法制备氧化石墨烯(GO)纳米片粉体并还原，用催化化学气相沉积法生长碳纳米管，将还原氧化石墨烯(rGO)与碳纳米管(CNTs)高压均质混合，添加粘结剂涂布，烘干制膜，压延处理。该石墨烯/碳纳米管复合高导热膜的制备工艺简单，膜厚度可控，面内导热率323k时高达1900w/k·m，垂直方向导热率为76w/k·m。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯碳纳米管复合高导热膜及其制备方法
本专利技术涉及碳材料的热管理
，具体为一种石墨烯碳纳米管复合高导热膜及其制备方法。
技术介绍
碳纳米管(CNTs)和石墨烯纳米片(GNs)都因其卓越的电学和热力学性质而引发了科学研发的巨大兴趣，在各种应用中显示出巨大的潜力。随着电子和纳米机械设备尺寸的不断减小，为防止对电子元件的热破坏，对有效传导热量的纳米结构碳材料(例如CNTs和GNs)的需求不断增长。最近，许多开创性的研究已致力于集成电路和热管理材料中的应用。事实上，从1991年发现CNTs就已经推测，一维碳的导热系数等于或高于金刚石和石墨的导热系数。另一种碳材料GNs由排列成蜂窝晶格的原子层组成，单层的热导率为4800-5300w/k·m。虽然CNTs和GNs都具有较高的理论热导率，但基于纳米结构碳材料制备高性能导热膜以解决热管理问题的策略仍然具有挑战性。为此，我们提出一种石墨烯碳纳米管复合高导热膜及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的一个或多个缺陷，提供一种石墨烯/碳纳米管的复合高导热膜，该导热膜的面内导热率在323k时可达1991w/k·m。本专利技术的另一个目的是提供上述石墨烯/碳纳米管复合导热膜的制备方法，该导热膜的垂直方向导热率在323k时为76w/k·m。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种石墨烯碳纳米管复合高导热膜及其制备方法，包括如下步骤：①将可膨胀石墨采用改良的Hummers法制备GO纳米片粉体；②将①制备的GO纳米片放入管式炉中进行热还原成rGO；③采用催化化学气相沉积法生长CNTs；④将②的rGO与③的CNTs放入溶剂充分混合，高压均质形成均匀的rGO/CNTs混合浆料；⑤将④的rGO/CNTs混合浆料添加粘结剂形成碳浆，涂布，烘干成膜；⑥压延处理。优选地，所述的改良Hummers法与原始Hummers法的区别在于氧化剂浓度、氧化时间和石墨与氧化剂的比例。优选地，所述的热还原为在含有的H2的气氛下(H2/Ar:V/V为5/95)加热到400℃，保温1h，使GO还原为rGO。优选地，所述的催化剂为镍粉、硝酸镍、氧化镍，优选氧化镍；碳源为甲烷、乙烷、乙烯，进一步优选乙烷。优选地，所述的溶剂为异丙醇、DMF、NMP，进一步优选丙醇。优选地，所述的rGO与CNTs重量比为5：1-1：3，进一步优选1：1。优选地，所述的高压均质转速为24000rpm，时间为15min。优选地，所述的粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)，rGO/CNTs与PVDF质量比为8：1-1：2，优选4：1。优选地，所述的涂布为丝网印刷、真空抽滤、刮刀涂布等，进一步优选刮刀涂布。优选地，所述的涂布基材为铜箔，厚度为～10μm。优选地，所述的烘干为真空干燥箱，100℃烘干2h。优选地，所述的压延压力为10-40MPa，进一步优选20MPa；压缩率为10-50％，进一步优选40％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术已知天然结晶石墨在其晶面内的导热系数为2200w/k·m，而通常多晶石墨的导热率仅为70-150w/k·m，先前的研究指出，通过调节石墨片的晶格取向可以明显提高面内的导热率。例如，已证实采用热压技术进行热处理可以改善导热率、电导率，这是由于结晶石墨薄片的优选取向所致。研究表明，石墨的导热率在很大程度上取决于声子沿面内的传输(即与声子的平均自由程和平均微晶尺寸有关)。这反映出石墨基材料的热传输能力受到诸如缺陷、边缘、断裂和空隙等结构因素的强烈影响。随着电阻式热结程度的增加，热导率下降。2、本专利技术为了减小纳米碳结构中的热结，采用压缩工艺以最小化导热膜的孔隙率，一维的CNTs与二维的GNs结合在内部组成了三维的立体导热结构。因此，紧凑的三维立体导热膜产生较少的热界面和相对较高的有效热导率。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种技术方案：一种石墨烯碳纳米管复合高导热膜及其制备方法，包括以下步骤：实施例1①将可膨胀石墨采用改良的Hummers法制备GO纳米片粉体；②将①制备的GO纳米片放入管式炉中，含有的H2的气氛下(H2/Ar:V/V为5/95)加热到400℃，保温1h，使GO热还原为rGO；③氧化镍为催化剂，乙烷为碳源，采用催化化学气相沉积法生长CNTs；④将②的rGO与③的CNTs放入丙醇溶剂充分混合，rGO与CNTs比例为1：1，24000rpm下高压均质15min，形成均匀的rGO/CNTs混合浆料；⑤将④的rGO/CNTs混合浆料添加PVDF作为粘结剂形成碳浆，rGO/CNTs与PVDF质量比为4：1，采用刮刀涂布，放入真空干燥箱，100℃烘干2h成膜；⑥将⑤制备的膜采用20MPa压延处理，压延率为40％。测其面内导热率323k时为1900w/k·m，垂直方向导热率为76w/k·m。实施例2①将可膨胀石墨采用改良的Hummers法制备GO纳米片粉体；②将①制备的GO纳米片放入管式炉中，含有的H2的气氛下(H2/Ar:V/V为5/95)加热到400℃，保温1h，使GO热还原为rGO；③镍粉为催化剂，甲烷为碳源，采用催化化学气相沉积法生长CNTs；④将②的rGO与③的CNTs放入丙醇溶剂充分混合，rGO与CNTs比例为5：1，24000rpm下高压均质15min，形成均匀的rGO/CNTs混合浆料；⑤将④的rGO/CNTs混合浆料添加PVDF作为粘结剂形成碳浆，rGO/CNTs与PVDF质量比为5：1，采用刮刀涂布，放入真空干燥箱，100℃烘干2h成膜；⑥将⑤制备的膜采用30MPa压延处理，压延率为35％。测其面内导热率323k时为1500w/k·m，垂直方向导热率为50w/k·m。实施例3①将可膨胀石墨采用改良的Hummers法制备GO纳米片粉体；②将①制备的GO纳米片放入管式炉中，含有的H2的气氛下(H2/Ar:V/V为5/95)加热到400℃，保温1h，使GO热还原为rGO；③氧化镍为催化剂，乙烷为碳源，采用催化化学气相沉积法生长CNTs；④将②的rGO与③的CNTs放入丙醇溶剂充分混合，rGO与CNTs比例为1：2，24000rpm下高压均质15min，形成均匀的rGO/CNTs混合浆料；⑤将④的rGO/CNTs混合浆料添加PVDF作为粘结剂形成碳浆，rGO/CNTs与PVDF质量比为2：1，采用刮刀涂布，放入真空干燥箱，100℃烘干2h成膜；⑥将⑤制备的膜采用40M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯/碳纳米管复合导热膜的制备方法，其特征在于：该导热膜的面内导热率在323k时可达1991w/k·m，该导热膜的垂直方向导热率在323k时为76w/k·m。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/碳纳米管复合导热膜的制备方法，其特征在于：该导热膜的面内导热率在323k时可达1991w/k·m，该导热膜的垂直方向导热率在323k时为76w/k·m。


2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/碳纳米管复合导热膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①将可膨胀石墨采用改良的Hummers法制备GO纳米片粉体；
②将①制备的GO纳米片放入管式炉中进行热还原成rGO；
③采用催化化学气相沉积法生长CNTs；
④将②的rGO与③的CNTs放入溶剂充分混合，高压均质形成均匀的rGO/CNTs混合浆料；
⑤将④的rGO/CNTs混合浆料添加粘结剂形成碳浆，涂布，烘干成膜；
⑥压延处理。


3.根据权利要求2所述的一种石墨烯/碳纳米管复合导热膜的制备方法，其特征在于：所述的改良法与原始的区别为氧化剂浓度、氧化时间和石墨与氧化剂的比例。


4.根据权利要求2所述的一种石墨烯/碳纳米管复合导热膜的制备方法，其特征在于：所述的热还原为在含有的H2的气氛下(H2/Ar:V/V为5/95)加热到400℃，保温1h，使GO还原为rGO。


5.根据权利要求2所述的一种石墨烯/碳纳米管复合导热膜的制备方法，其特征在于：所述的催化剂为镍粉、硝酸镍、氧化镍，碳源为甲烷、乙烷、乙烯。

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【专利技术属性】
技术研发人员：张世闯，曾凡聪，高金鸽，张江，杨亚敏，曲勇威，
申请(专利权)人：深圳市展旺新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44