石墨烯导热泡沫、石墨烯导热垫片、制备方法技术

本发明专利技术提供石墨烯导热泡沫及制备方法、石墨烯导热垫片及制备方法，所述石墨烯导热泡沫的制备方法包括：在基材上涂布氧化石墨烯涂层；对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，使得氧化石墨烯涂层不完全干燥，所述干燥处理包括常温干燥或/和加热干燥；对不完全干燥的氧化石墨烯涂层进行冷冻干燥，得到氧化石墨烯导热泡沫；对氧化石墨烯导热泡沫进行热处理，得到石墨烯导热泡沫。本发明专利技术既可以实现石墨烯泡沫孔隙结构的调控，又可以对石墨烯的定向排列进行调控，满足石墨烯泡沫作为高导热复合材料增强体时，石墨烯可以实现良好的定向排列，从而实现复合材料定向高导热性能。现复合材料定向高导热性能。现复合材料定向高导热性能。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯导热泡沫、石墨烯导热垫片、制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯导热界面材料
，更具体地，涉及石墨烯导热泡沫、石墨烯导热垫片、制备方法。

技术介绍

[0002]通过氧化石墨烯进行组装与调控，并经过热处理，可以获得石墨烯导热泡沫材料。为了获得导热性能良好的石墨烯导热泡沫，需要将其内部石墨烯进行定向排列，这就要求氧化石墨烯进行充分的自组装，而采用涂布成膜的方式可以达到良好的自组装效果。但是，直接涂布干燥的方式，形成的石墨烯导热泡沫，其内部空隙结构与形状等具有随机性，且尺寸较小。该类泡沫与其他材料如高分子聚合物相结合时，高分子难以实现充分的填充，高分子的分布也不能做到均匀，形成的复合材料内部一致性与稳定性往往较差，并且力学性能如拉伸强度与拉伸断裂伸长率均较低(如专利文献CN113183544A、CN113290958A、CN113556925A)。
[0003]采用对氧化石墨烯浆料进行冷冻干燥处理，可以实现石墨烯导热泡沫内部孔隙结构的调控。然而，直接进行冷冻干燥处理，得到的石墨烯导热泡沫，其内部石墨烯的排列没有任何定向性，完全属于随机分布，得到的石墨烯导热泡沫具有各项同性的特点，其导热性能较差，难以成为高导热复合材料的增强体。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在问题中的一个或多个，本专利技术提供一种石墨烯导热泡沫的制备方法，包括：
[0005]在基材上涂布氧化石墨烯浆料，得到氧化石墨烯涂层；
[0006]对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，使得氧化石墨烯涂层不完全干燥，所述干燥处理包括常温干燥或/和加热干燥；
[0007]对不完全干燥的氧化石墨烯涂层进行冷冻干燥，得到氧化石墨烯导热泡沫；
[0008]对氧化石墨烯导热泡沫进行热处理，得到石墨烯导热泡沫。
[0009]在对氧化石墨烯涂层进行干燥处理的步骤中，因为干燥时氧化石墨烯会进行定向自组装，控制干燥程度则控制了定向自组装程度，最终实现石墨烯定向程度的控制，所述定向程度是指石墨烯与横向之间的夹角，但是不可能保证所有的石墨烯片与横向的夹角都是一样的，而是沿着一定的角度分布的石墨烯达到设定比例；在对不完全干燥的氧化石墨烯涂层进行冷冻干燥步骤中，不完全干燥的氧化石墨烯涂层中溶剂占据一定的体积含量，在冷冻干燥时，氧化石墨烯涂层的体积几乎保持不变，溶剂则在冷冻干燥过程中实现了挥发，原先溶剂占据的体积部分则变成了孔隙结构。因此，控制干燥程度，即可控制孔隙结构。所述的孔隙结构可以量化指标为孔尺寸大小范围和整个石墨烯导热泡沫中的孔隙率。
[0010]根据本专利技术的一个方面，所述氧化石墨烯浆料的固含量为0.5wt.％
‑
9.5wt.％，低于0.5wt.％则过稀，不能涂布，会发生严重的流延，涂布厚度不能控制，厚度均一性不能控
制，浆料会直接流走；高于9.5wt.％则过稠，同样不能涂布，涂布不了。
[0011]优选地，所述氧化石墨烯浆料的固含量为4wt.％
‑
6wt.％。
[0012]根据本专利技术的一个方面，所述对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，使得氧化石墨烯涂层不完全干燥的步骤包括：
[0013]通过控制氧化石墨烯涂层的固含量控制干燥程度，固含量越高，干燥程度越大。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述干燥处理中，所述氧化石墨烯涂层的固含量控制在40wt.％
‑
75wt.％，低于40wt.％，取向尚未形成；高于75wt.％，内部溶剂含量，冷冻干燥后形成的孔隙尺寸过小，不利于后期高分子聚合物的浸入。
[0015]优选地，所述氧化石墨烯涂层的固含量控制在50wt.％
‑
70wt.％。
[0016]定向程度可以通过控制氧化石墨烯涂层的干燥程度来实现，干燥程度可以通过控制氧化石墨烯涂层固含量的实现，固含量提升，则氧化石墨烯定向自组装程度提升，其定向程度得到提升，反之亦然；若完全干燥，则定向自组装完成，就实现了全定向。
[0017]通过在干燥过程中控制氧化石墨烯涂层的固含量来控制定向程度，氧化石墨烯涂层在干燥过程中，氧化石墨烯进行定向自组装，干燥的程度即固含量是可以控制其定向自组装的程度的。
[0018]根据本专利技术的一个方面，所述对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，使得氧化石墨烯涂层不完全干燥的步骤包括：
[0019]对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，保留设定量溶剂，所述设定量越少，干燥程度越大，所述溶剂是指氧化石墨烯浆料中使用的溶剂，由于氧化石墨烯中固含量较低，大部分是溶剂，所述干燥处理就是为了降低溶剂的含量，保留部分溶剂；本专利技术所用溶剂为水或其他溶剂，所述其他溶剂包括乙醇、甲醇、DMF或NMP中的一种或多种的混合物，但从经济、环保、使用方便性、以及后期冷冻干燥的操作性等方面来讲，优选选择水作为溶剂。
[0020]根据本专利技术的一个方面，所述对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，使得氧化石墨烯涂层不完全干燥的步骤包括：通过控制氧化石墨烯涂层的横向导热系数和纵向导热系数的比例控制氧化石墨烯涂层的干燥程度，所述比例越大，干燥程度越大。
[0021]定向程度可以通过制成的石墨烯导热泡沫的横向和纵向的导热性能加以判定，具体包括：采用完全干燥而没有冷冻干燥的石墨烯导热泡沫的石墨烯几乎全部沿着横向进行排列，此时其横向导热效果最佳，纵向导热最差，横向与纵向导热系数之比达到最大比例；没有涂布干燥处理直接采用冷冻干燥的石墨烯导热泡沫，由于各向同性的原因，对应的横向与纵向导热系数之比最小比例(接近1:1)，本专利技术氧化石墨烯涂层的横向导热系数和纵向导热系数的比例在最大比例和最小比例之间，优选地，所述比例大于最大比例和最小比例的中间值。
[0022]根据本专利技术的一个方面，所述冷冻干燥的真空水平为：气压50
‑
300mTorr，气压低于50mTorr，气压过低，对设备要求过高，同时抽真空的时间过长，不利于样品制备；气压高于300mTorr，则真空程度不够，制备样品会受到影响，样品可能会发生收缩从而导致内部结构发生变形。
[0023]优选地，所述为100
‑
200mTorr。
[0024]优选地，所述冷冻干燥时间为12
‑
72h，时间低于12h干燥不完全。
[0025]根据本专利技术的一个方面，所述热处理中，热处理温度≥2400℃，优选≥2800℃；热
处理时间≥2h，优选≥5h。温度低于2400℃或时间低于2h，则热处理不完全，样品导热性能较差。
[0026]根据本专利技术的第二方面，提供一种石墨烯导热泡沫，通过上述制备方法得到。
[0027]优选地，所述石墨烯导热泡沫内部石墨烯呈取向分布，所述取向分布式指沿着某一方向定向排布。
[0028]优选地，优选地，所述石墨烯导热泡沫内部与横向呈
‑
45
°
～45
°
定向排列的石墨烯达到设定比例，进一步优选地，所述石墨烯导热泡沫内部与横本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯导热泡沫的制备方法，其特征在于，包括：在基材上涂布氧化石墨烯浆料，得到氧化石墨烯涂层；对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，使得氧化石墨烯涂层不完全干燥，所述干燥处理包括常温干燥或/和加热干燥；对不完全干燥的氧化石墨烯涂层进行冷冻干燥，得到氧化石墨烯导热泡沫；对氧化石墨烯导热泡沫进行热处理，得到石墨烯导热泡沫。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯浆料的固含量为0.5wt.％
‑
9.5wt.％，优选为4wt.％
‑
6wt.％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，使得氧化石墨烯涂层不完全干燥的步骤包括：通过控制氧化石墨烯涂层的固含量控制干燥程度，固含量越高，干燥程度越大；优选地，所述对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，使得氧化石墨烯涂层不完全干燥的步骤包括：对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，保留设定量溶剂，所述设定量越少，干燥程度越大；优选地，所述对氧化石墨烯涂层进行干燥处理，使得氧化石墨烯涂层不完全干燥的步骤包括：通过控制氧化石墨烯涂层的横向导热系数和纵向导热系数的比例控制氧化石墨烯涂层的干燥程度，所述比例越大，干燥程度越大。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述干燥处理中，所述氧化石墨烯涂层的固含量控制在40wt.％
‑
75wt.％，进一步优选地，所述氧化石墨烯涂层的固含量控制在50wt.％
‑
70wt.％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的真空水平为：气压为50
‑
300mTorr，优选为100
‑
200mTorr；所述冷冻干燥时间为12
‑
72h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理中，热处理温度≥2400℃，优选≥2800℃；热处理时间≥2h，优选≥5h。7.一种石墨烯导热泡沫，其特征在于，所述石墨烯导热泡沫内部石墨烯呈取向分布；优选地，所述石墨烯导热泡沫的厚度为0.3
‑
5mm，进一步优选为1
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛翔，李壮，周曙，胡佳佳，杨淑洁，
申请(专利权)人：常州富烯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：