氨基酸改性的氧化石墨烯膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高固含量的氧化石墨烯浆料及其制备方法、氨基酸改性的氧化石墨烯膜及其制备方法、石墨烯导热膜及其制备方法，所述高固含的氧化石墨烯浆料包括溶剂、氧化石墨烯和氨基酸，所述氧化石墨烯固含量为5％‑13％。本发明专利技术的氧化石墨烯浆料能够使较高含量的氧化石墨烯条件下，氧化石墨烯浆料的粘度降低，提升氧化石墨烯浆料的流延性，降低氧化石墨烯浆料制备氧化石墨烯膜的效率。

【技术实现步骤摘要】
氨基酸改性的氧化石墨烯膜及其制备方法
本专利技术属于材料合成和应用领域，尤其涉及一种改性的氧化石墨烯制备石墨烯导热膜的方法。
技术介绍
石墨烯导热膜以其高强度、高韧性、高柔性、高导热性成为目前人工智能等高端电子应用领域备选散热材料。制备石墨烯导热膜主流方式是以氧化石墨烯为原料，经“分散-涂布-干燥-还原”工艺流程后得到，氧化石墨烯是制备氧化石墨烯膜的基本组成单元，其性质对氧化石墨烯膜性能具有决定性作用。氧化石墨烯通常以天然石墨为原料，经化学氧化法剥离后得到氧化石墨烯，其片层上含有大量羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，随后将氧化石墨烯还原，即可制备石墨烯。石墨烯导热膜的制备时基于氧化石墨烯独特的二维结构和大量含氧官能团存在的特点，这种结构特点使氧化石墨烯能够通过层层堆叠有序组装从而得到致密的氧化石墨烯膜，再通过进一步还原后可得到导热性能优异的石墨烯导热膜。石墨烯导热膜的优良导热性主要归因于其上下石墨烯片π-π相互作用堆叠成紧密的结构，这种紧密堆积结构使得相邻石墨烯层间具有高效的热传导能力。在制备石墨烯导热膜的过程中，从氧化石墨烯浆料涂布完成到干燥得到组装有序的氧化石墨烯膜，只有流延性(即浆料流动和延展薄膜的性能)适中的氧化石墨烯浆料才能得到平整光滑的氧化石墨烯膜，常规的做法是通过调节浆料中的氧化石墨烯的含量来改变浆料的粘度。通常工业化涂布的粘度范围在3-60Pa.s。一般溶剂中氧化石墨烯含量越高，其浆料粘度也就越大。当浆料中的氧化石墨烯含量过高，使得其粘度超越涂布粘度上限值时，会出现涂布不均匀、涂布的刮刀或者喷头堵料和粘料等不良现象，黏在刀口上的浆料会阻碍物料的流动或减小刀口和基材表面的距离，使得到的干燥前的膜出现划痕、厚度不均匀、气孔等不良现象，极容易降低产品良率。现有技术中，为了制备高强度、高韧性的防护材料、吸附材料、阻隔材料或储能材料，通常是采用无机盐、有机小分子、高分子聚合物、天然生物大分子或纳米材料等对氧化石墨烯进行修饰，但没有通过改性氧化石墨烯降低氧化石墨烯浆料的粘度从而制备石墨烯导热膜的方法。
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
针对现有技术存在问题中的一个或多个，本专利技术的目的是在控制较高含量氧化石墨烯的条件下，降低氧化石墨烯浆料的粘度，提升氧化石墨烯浆料的流延性，从而改善涂布的效果，提高石墨烯导热膜产品的良率。本专利技术提供一种高固含量的氧化石墨烯浆料，包括溶剂、氧化石墨烯和氨基酸，所述氧化石墨烯浆料中氧化石墨烯的质量分数为5％-13％。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯浆料的粘度为10-60Pa·s，优选30Pa·s。通常情况下，用来制备石墨烯导热膜的氧化石墨烯浆料中氧化石墨烯的含量控制在1％-10％，而采用氨基酸对氧化石墨烯进行修饰，在保证浆料成膜状态良好的前提下，相同粘度的浆料，氧化石墨烯的含量可提升至5％-13％。氧化石墨烯的含量高能够使干燥的速率提升，从而使相同的时间和能耗下所制备的氧化石墨烯膜的数量增加，达到节约能源降低成本的效果。现有技术中，氧化石墨烯的含量高，会使氧化石墨烯浆料的粘度过高，粘度过高不利于非常不利于涂布效果，除了会使干燥前的膜出现划痕、厚度不均匀、气孔等不良现象，还会在干燥过程中由于厚度不均匀带来的偏差使烘干时受热不均匀，最终导致膜极容易出现裂纹，使氧化石墨烯膜的良率低至20％，严重阻碍生产。本专利技术向氧化石墨烯浆料中加入氨基酸或氨基酸盐来改性氧化石墨烯，氨基酸分子上的氨基和羧基与氧化石墨烯表面的含氧官能团形成氢键相互作用，氨基酸分子能够拉近氧化石墨烯片之间的距离，使无序分散的氧化石墨烯片形成紧密堆积的状态，提高氧化石墨烯片层之间的作用力，同时利用氨基酸的两亲性(亲水亲油)的特点，通过对氧化石墨烯和溶剂的控制，可有效降低氧化石墨烯片与溶剂分子之间的作用力，从而降低浆料粘度，提高浆料的流延性。根据本专利技术的一个方面，所述溶剂为水。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯与氨基酸的质量比为100：(3-6)。控制氧化石墨烯与氨基酸的比例，可以调控氨基酸与氧化石墨烯片层之间的作用力的大小，改变氧化石墨烯片与溶剂分子之间的作用力。如果加入的氨基酸的量过大，会使氧化石墨烯发生严重的团聚现象，导致氧化石墨烯膜组装不良；如果氨基酸的量太少，降粘效果不明显。优选地，所述氨基酸采用氨基酸和/或氨基酸盐，包括丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸盐、谷氨酸盐或甘氨酸盐中的一种或两种以上的组合。本专利技术还提供一种高固含量的氧化石墨烯浆料的制备方法，包括如下步骤：向配制好的氧化石墨烯分散液中加入氨基酸后分散均匀，得到高固含量的氧化石墨烯浆料。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的质量分数为5％-13％。优选地，所述氧化石墨烯分散液中的溶剂为水。根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯与氨基酸的质量比为100：(3-6)。根据本专利技术的一个方面，所述氨基酸采用氨基酸和/或氨基酸盐，包括丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸盐、谷氨酸盐或甘氨酸盐中的一种或两种以上的组合。根据本专利技术的一个方面，所述分散的方法采用在转速为200-500rpm的条件下搅拌1.5-2.5h。优选地，所述分散的方法采用在转速为300rpm的条件下搅拌2h。将浆料进行分散，浆料颜色均匀且无团聚或者无结块状则表示分散均匀。本专利技术还提供一种氨基酸改性的氧化石墨烯膜，包括氧化石墨烯和氨基酸，所述氧化石墨烯和氨基酸的质量比为100：(3-6)。根据本专利技术的一个方面，所述氨基酸采用氨基酸和/或氨基酸盐，包括丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸盐、谷氨酸盐或甘氨酸盐中的一种或两种以上的组合。优选地，所述氧化石墨烯膜的厚度为100-200μm，优选150μm。本专利技术还提供一种氨基酸改性的氧化石墨烯膜的制备方法，包括如下步骤：采用所述高固含量的氧化石墨烯浆料的制备方法制备氧化石墨烯浆料；将氧化石墨烯浆料在基底上涂膜，干燥，剥离，得到氨基酸改性的氧化石墨烯膜。根据本专利技术的一个方面，所述涂膜包括喷涂或刮涂的方式。由于固含量较高的氧化石墨烯浆料的粘度降低，流延性改善，更有利于喷涂、刮涂成膜。优选地，所述涂膜的厚度为1-3mm，优选1.8-2mm。根据本专利技术的一个方面，所述干燥的温度为80-120℃，优选95℃。优选地，所述干燥的时间为0.5-1h。本专利技术的氧化石墨烯的固含量提升至5％-13％，浆料中所含溶剂的量减少，可以降低干燥成膜所需的能耗和时间，提高制备成膜的效率。本专利技术还提供一种石墨烯导热膜，所述石墨烯导热膜的导热系数为1100-1500W/m·K，优选1200W/m·K。本专利技术还提供一种石墨烯导热膜的制备方法，包括如下步骤：采用所述氨基酸改性的氧化石墨烯膜的制备方法制备氧化石墨烯膜；对氧化石墨烯膜进行高温处理，得到石墨烯导热膜。根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高固含量的氧化石墨烯浆料，其特征在于，包括溶剂、氧化石墨烯和氨基酸，所述氧化石墨烯的固含量为5％-13％。/n

【技术特征摘要】
1.一种高固含量的氧化石墨烯浆料，其特征在于，包括溶剂、氧化石墨烯和氨基酸，所述氧化石墨烯的固含量为5％-13％。


2.根据权利要求1所述的高固含量的氧化石墨烯浆料，其特征在于，所述氧化石墨烯浆料的粘度为10Pa·s-60Pa·s，优选30Pa·s；
优选地，所述溶剂为水；
优选地，所述氧化石墨烯与氨基酸的质量比为100：(3-6)；
优选地，所述氨基酸采用氨基酸和/或氨基酸盐，包括丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸盐、谷氨酸盐或甘氨酸盐中的一种或两种以上的组合。


3.一种高固含量的氧化石墨烯浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
向配制好的氧化石墨烯分散液中加入氨基酸后分散均匀，得到高固含量的氧化石墨烯浆料。


4.根据权利要求3所述的高固含量的氧化石墨烯浆料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的质量分数为5％-13％；
优选地，所述氧化石墨烯分散液中的溶剂为水；
优选地，所述氧化石墨烯与氨基酸的质量比为100：(3-6)；
优选地，所述氨基酸采用氨基酸和/或氨基酸盐，包括丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸盐、谷氨酸盐或甘氨酸盐中的一种或两种以上的组合；
优选地，所述分散的方法采用在转速为200-500rpm的条件下搅拌1.5-2.5h；进一步优选地，转速为300rpm，搅拌2h。


5.一种氨基酸改性的氧化石墨烯膜，其特征在于，包括氧化石墨烯和氨基酸，所述氧化石墨烯和氨基酸的质量比为100：(3-6)；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴艳红，唐润理，方钢，耿飚，张婧，瞿研，
申请(专利权)人：常州第六元素材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32