一种多功能石墨烯泡棉及其制备方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯技术领域，具体涉及一种多功能石墨烯泡棉及其制备方法，括如下步骤：将石墨烯膜浸泡于反应溶液中，施加外力辅助使反应溶液保持流动状态，还原反应一定时间后，依次进行微波干燥处理以及热处理，即得到所述多功能石墨烯泡棉。本发明专利技术提供的制备方法中采用浸泡反应溶液产生气体的方式，可以获得更大厚度以及完好结构的泡棉产品；且泡棉的微观结构多孔“蓬松”，层与层之间交联在一起形成网络状，这样的结构特点可以保证泡棉产品结构稳定性的同时，提供了非常好的导热、导电通道，使得泡棉导热、导电等功能出色。导电等功能出色。导电等功能出色。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能石墨烯泡棉及其制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯
，具体涉及一种多功能石墨烯泡棉及其制备方法。

技术介绍

[0002]手机、电脑等电子产品中通常会使用各种功能的泡棉来解决产品中存在的导热、导电、屏蔽等问题。通常，这些功能化的泡棉几乎都是通过将导电、导热等物质以添加剂的形式加入到普通泡棉中，以到达相应的产品功能；亦或是使用胶粘剂等物质将一种或多种具有导电、导热等性能的材料粘连在普通泡棉上。这样得到的泡棉组成并非单一，而且产品结构较为复杂，导热、导电等性能容易受到混合不均、胶粘剂等因素影响。
[0003]石墨烯作为一种新型碳材料，其单层结构拥有非常高的理论热导率(5300W/m
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K)和导电性(电子迁移率15000cm2/V
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s)，而且石墨烯具有质量轻、耐腐蚀性、机械性能好等优势。授权公告号为CN 105731438 B的中国专利技术专利，公布了一种导热导电的石墨烯泡棉制备方法及得到的产品，制备方法包括：将氧化石墨烯与高分子长链纤维添加剂在还原剂的作用下湿法制备成型，经300℃～2000℃热处理还原制得石墨烯泡棉。该制备方法得到的产品导热导电性能优异，导热性能达到150W/m
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K以上，导电性达到5*105S/m。与此同时，该石墨烯泡棉产品回弹性好，单一结构，性能均匀稳定，能够解决上述问题。但是，该制备方法存在一定的局限性，这是因为它主要是通过高温热处理，使氧化石墨烯膜中含氧官能团脱去而产生大量气体来“膨化”形成泡棉结构。然而，这种方法产生的气体量非常有限，会直接影响“膨化”效果且无法获得较厚的泡棉产品；同时这种“膨化”结构中石墨烯层与层之间不连续，导致泡棉产品的导热、导电等性能无法进一步优化。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种多功能石墨烯泡棉的制备方法，采用该方法制备的石墨烯泡棉的厚度可控性强，外观完好，表面平整均匀；内部结构多孔“蓬松”，层与层之间交联在一起形成非常好的导电、导热通道，使产品具有导热、导电、电磁屏蔽等多种功能，具有极大的应用价值。并且，该方法流程简单易操作，可较容易地实现批量化或规模化的制备，适合工业大规模的生产。本专利技术的另一目的在于提供一种多功能石墨烯泡棉，所述多功能石墨烯泡棉由纯石墨烯组成，微观结构多孔“蓬松”，层与层之间交联在一起呈网络状；所述石墨烯泡棉的多种功能分别是导热、导电、电磁屏蔽等能力。
[0005]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0006]一种多功能石墨烯泡棉的制备方法，包括如下步骤：将石墨烯膜浸泡于反应溶液中，施加外力辅助使反应溶液保持流动状态，还原反应一定时间后，依次进行微波干燥处理以及热处理，即得到所述多功能石墨烯泡棉。
[0007]本专利技术施加外力辅助使反应溶液保持流动状态，确保反应溶液充分浸润到石墨烯膜层间,从而促进还原反应，氧化石墨烯薄膜被还原产生的气泡“鼓”起来，从而形成网络状
的多孔结构，与此同时，反应所形成的气泡会受到液体的流动影响而快速有效地从反应位点处“逃逸”，使最终得到的石墨烯泡棉微观孔结构完好，层与层之间保持良好的交联呈网络状，这样的结构特点有利于其拥有更好的导热、导电、电磁屏蔽等能力。因此本专利技术的外力辅助手段不仅仅只是简单地促进反应或促进气泡逃逸，而是对这两项进程进行合理的控制，还原反应过于剧烈，容易导致层与层之间发生分离断裂，从而不利于力学性能和电学性能的提升；气泡的逃逸效率过低，也容易由于在长期的压力下使网络结构发生崩解破坏，也不利于形成完好的微观孔结构。
[0008]此外，本专利技术结合了微波干燥的方式，利用微波均匀加热的特性使水汽均匀逸出，可以较大程度上保存好石墨烯泡棉的微观孔结构，避免网络状结构坍塌，导热、导电等通道遭到破坏；相对于常规的热风干燥或者其它热干燥方式，不均匀的加热以及风力带来的物理作用均容易破坏石墨烯泡棉的多层结构，无法形成良好的导电导热通道；相对常规的冷冻干燥，冷冻干燥一般用于模板法中，石墨烯中的水分在冰点以下冻结并且形成冰架子，通过升华作用，水分去除而物质本身则剩留在冻结时的冰架子中，因此形成疏松多孔的石墨烯结构，但本专利技术属于自组装的方式，石墨烯的结构在还原反应过程中已经基本形成，在水分去除过程主要考虑如何保护石墨烯的结构的稳定，冰冻干燥反而会破坏本专利技术在还原反应形成的石墨烯结构。
[0009]其中，所述石墨烯膜为氧化石墨烯膜，碳氧比为1.2
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2.8。其获得方法为本领域的公知常识。例如，可以通过改进的Hummers法制得的氧化石墨烯浆料，经刮涂、干燥、剥离等步骤得到。
[0010]其中，所述反应溶液为可与氧化石墨烯含氧官能团反应并产生气体的化学试剂，如水合肼、二甲基肼、硼氢化钠和硫脲等。
[0011]进一步地，所述反应溶液为水合肼溶液，所述水合肼溶液的质量浓度为1～80％。水合肼的还原效果显著，可以还原氧化石墨烯中较多的含氧基团。
[0012]其中，所述还原反应的温度为
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20℃～100℃，更为优选地，温度为0℃～60℃。
[0013]其中，所述外力辅助为机械搅拌、磁力搅拌或超声振荡。
[0014]进一步地，所述外力辅助为超声振荡，所述超声振荡的工作功率为500W～8000W。通过超声震荡的外力辅助，反应产生的气泡可以及时有效地从反应位点“逃逸”，避免过多的气泡聚集导致孔壁通道破坏，从而显著改善了石墨烯层与层之间的交联性。
[0015]其中，所述微波干燥处理的工作功率为1kW～100kW。
[0016]其中，所述热处理包括高温碳化处理和在高温碳化处理之后的石墨化处理，所述高温碳化处理的温度为950℃～1300℃，所述石墨化处理的温度为2500℃～3100℃。高温碳化处理和石墨化处理是为了逐步脱去石墨烯泡棉中未反应完全的含氧官能团的同时，保存现有多孔的网络状结构而不被破坏，以获得最佳性能的多功能石墨烯泡棉。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018](1)提供了一种以纯石墨烯为组成的多功能泡棉产品，其结构单一，性能稳定性好；该产品拥有导热、导电、电磁屏蔽等多种功能。
[0019](2)相较于高温热处理等产生气体的石墨烯泡棉制备方法，本专利提供的制备方法中采用浸泡反应溶液产生气体的方式，可以获得更大厚度以及完好结构的泡棉产品；且泡棉的微观结构多孔“蓬松”，层与层之间交联在一起形成网络状，这样的结构特点可以保
证泡棉产品结构稳定性的同时，提供了非常好的导热、导电通道，使得泡棉导热、导电等功能出色。
[0020](3)本专利提供的制备方法中采用外力辅助扰动反应溶液和微波干燥的处理手段，均非常有利于获得稳定、完好的多孔微观结构泡棉产品，产品的导热性能可达到180W/m K，导电性可达8*105S/m，电磁屏蔽效能可达113.2dB。
[0021](4)本专利提供的制备方法流程简单，可较易实现工业规模化的生产，产生实际的经济效益。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能石墨烯泡棉的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将石墨烯膜浸泡于反应溶液中，施加外力辅助使反应溶液保持流动状态，还原反应一定时间后，依次进行微波干燥处理以及热处理，即得到所述多功能石墨烯泡棉。2.根据权利要求1所述的一种多功能石墨烯泡棉的制备方法，其特征在于：所述石墨烯膜为氧化石墨烯膜，碳氧比为1.2
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2.8。3.根据权利要求1所述的一种多功能石墨烯泡棉的制备方法，其特征在于：所述反应溶液为水合肼、二甲基肼、硼氢化钠和硫脲中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的一种多功能石墨烯泡棉的制备方法，其特征在于：所述反应溶液为水合肼溶液，所述水合肼溶液的质量浓度为1％～80％。5.根据权利要求1所述的一种多功能石墨烯泡棉的制备方法，其特征在于：所述还原反应的温度为
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20℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡金明，黄文添，
申请(专利权)人：广东墨睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：