一种石墨膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨膜的制备方法，属于石墨膜领域，其特征在于，以氧化石墨烯膜或其复合膜为原料，首先对膜进行打孔，然后依次进行预处理、碳化、石墨化工序，得到石墨膜；本发明专利技术以简单有效的方法解决了氧化石墨烯膜热膨胀过程中容易出现的爆裂问题，同时不引入任何杂质，也避免了对石墨膜导热、导电性能的影响，另外还大大缩短了膜的热处理时间，大大降低了热处理的易操作性。处理的易操作性。处理的易操作性。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨膜
，具体涉及一种以氧化石墨烯或其复合膜为原料的石墨膜的制备方法。

技术介绍

[0002]石墨膜具有较高的热导率、电导率、润滑性、耐磨性、柔韧性等，被广泛应用到各大领域，如导热膜、发热膜、导热板、发热板；芯片；显示屏；电容器和锂电池集流体、隔膜等；传感器；海水淡化分离膜；电磁屏蔽膜；振膜；保护膜；声学降噪；储能；吸附等。
[0003]工业上以氧化石墨烯或其复合材料制备石墨膜的过程中：需要先对涂布后的湿膜烘干然后进行热处理，即热还原，目的是去除含氧官能团，更进一步的对石墨烯片层缺陷进行修复。热还原过程中脱出的含氧官能团会以水、二氧化碳、一氧化碳等气体的形式释放，使石墨烯片克服范德华力发生剥离，同时导致层间产生气囊结构。另外，膜的热处理过程也是GO的热剥离过程，研究发现GO官能团的分解会释放出巨大的能量，其分解焓（
∼
1600 J g
−1）与已知炸药或单推进剂的分解焓相当，例如肼，三硝基甲苯（TNT），硝酸纤维素和危险工业化学品如异丙苯氢过氧化盐，过氧化苯甲酰等。
[0004]为增加生产效率，石墨膜厂家在低温预处理膜时通常是将收卷后的或裁剪好的膜片进行叠放并集中置于空间有限的炉膛内进行程序升温，而低温预处理过程中GO官能团分解的放热量巨大，一旦温度控制不当或升温过快，随着气囊结构的产生和GO分解产生的巨大放热量，很容易导致严重的热失控，甚至出现爆炸性分解或燃烧，导致膜的粉化以及设备的损坏，不仅大大降低产品的良率，且危险性极高。
[0005]为此，现有技术在进行低温预处理处理过程中，一般采用的手段是，采用非常严苛的升温控制，同时尽可能延长膜的热处理时长，有的甚至长达几十或一百多个小时，以保证膜平缓地度过低温预处理工序，这就导致石墨膜的生产效率极为低下，严重制约了工业化生产。过于严苛的温度控制也导致工艺的可操作性较差，而且危险性高。
[0006]如何解决以氧化石墨烯或其复合材料来制备石墨膜过程中的爆裂或燃烧问题，一直以来都是行业的难点。高超教授在“Ultrahigh Thermal Conductive yet Superflexible Graphene Films”文章中也提到了由于热膨胀而产生的气囊结构，但未对如何缓解热膨胀进行说明。也有专利技术提到通过在氧化石墨烯浆料中添加金属、无机盐或其他材料来解决这一问题，但工艺复杂并且会增加膜中的杂质，影响导热膜的应用性能。产业化阶段，关于如何解决石墨烯膜低温预处理过程中的热失控问题，目前还没有相关的专利和文献进行报道。针对于其产生原因以及管控方案，都还处于研究的起步阶段。
[0007]鉴于热膨胀过程可以增加石墨膜的柔韧性，但若控制不善则会出现爆裂问题，因此，既不阻止其热膨胀又能有效控制其膨胀过程不产生爆裂，同时又避免杂质的引入，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术中所存在的上述问题提供了一种石墨膜的制备方法，以简单有效的方法解决了氧化石墨烯热膨胀过程中容易出现的爆裂问题，同时不引入任何杂质，也避免了对石墨膜应用性能如导热、导电、电磁屏蔽、柔韧性等性能的影响，另外还大大缩短了膜的热处理时间，大大降低了热处理的操作难度。
[0009]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种石墨膜的制备方法，其特征在于，以氧化石墨烯膜或其复合膜为原料，首先对膜进行打孔，然后依次进行预处理、碳化、石墨化工序，得到石墨膜。即先打孔、然后进行低温预处理，再进行高温碳化和石墨化得到石墨膜，得到的石墨膜内部呈三维腔室结构，可用作吸附、降噪、储能或储氢材料。
[0010]进一步的，石墨化之后对石墨膜进行压延处理，得到压延后的石墨膜，压延后的石墨膜消除了内部的三维腔室结构，利用其优良的导热、导电性能，可用作导热膜、发热膜、导热板、发热板、芯片、显示屏、电容器和锂电池集流体、隔膜、传感器、海水淡化分离膜、电磁屏蔽膜、振膜、保护膜等。
[0011]进一步的，所述的氧化石墨烯膜或其复合膜为厚度在1 nm
‑
100 mm的膜材或片材。
[0012]上述技术方案中：打孔工序为：按照预设的孔密度、孔径、孔深的参数对氧化石墨烯膜或其复合膜进行打孔。优选打孔的孔密度1
‑
1000000个/m2，打孔的孔径1 nm
‑
5 mm，孔深设置为膜厚度的0.02%
‑
100%。
[0013]预处理工序为：将膜置于容器内，阶梯性升温、保温至200 ℃以上，预处理的时间至少3 h。在该工序中，氧化石墨烯表面的含氧官能团受热分解，阶梯性升温、保温可以减缓官能团分解的强度，温度200度以上，官能团基本可完全分解。
[0014]碳化工序为：将膜置于不低于600 ℃的温度下进行碳化处理，碳化时间至少10 min。在该工序中，氧化石墨烯上的官能团彻底分解。
[0015]石墨化工序为：将膜置于不低于2200 ℃的温度下进行石墨化处理，石墨化时间至少5 min。在该工序中，石墨化过程为高温过程，碳原子会在高温下重排，对因官能团分解产生的缺陷进行自修复。
[0016]本专利技术的有益效果是：1）本专利技术通过在低温预处理前对氧化石墨烯膜或其复合膜进行打孔处理，为其低温预处理过程中气体的释放提供通道，缓解气压，彻底解决热处理过程中膜爆裂的问题，大大提高良品率；2）造孔后膜热处理过程中气体逸出通畅，不必再经历严苛的热处理程序，大大缩短了工期，提高生产效率；3）该过程为物理作用，不引入杂质；未对GO的官能团及组分做任何改变，因此也保证了其正常的热膨胀过程；4）膜热膨胀后产生的气囊，可经压延工艺变为褶皱，修复了人工造孔产生的孔洞，不会对其机械性能产生不良影响，膜经高温石墨化处理会对造孔产生的孔洞进行修复，因此造孔对其导热、导电性能等性能也无不良影响，方法整体简单有效。
附图说明
[0017]图1是实施例5打孔前氧化石墨烯膜的SEM图；图2是实施例5氧化石墨烯膜经热处理后的膜表面的SEM图；图3是实施例5氧化石墨烯膜经热处理后的膜截面的SEM图；图4是实施例2石墨化后的膜照片；图5是实施例2石墨化后的膜截面照片；图6、图7是实施例5压延后的石墨膜表面的SEM图；图8是实施例5压延后的石墨膜截面的SEM图；图9是实施例5与对比例1、对比例2的氧化石墨烯膜经热处理后的膜照片。
具体实施方式
[0018]下面对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0019]实施例1本实施例石墨膜的制备方法包括如下步骤：S1：取预制好的氧化石墨烯/碳管复合膜作为原料，膜厚100 mm，打孔，孔密度1个/m2、孔径约5 mm、孔深约100 mm，打孔后将膜裁片；S2：将步骤S1所得膜材置于烘箱中，梯度升温至400 ℃并保温；具体地，30℃下保温0.5 h,80 ℃下保温4.5 h,120 ℃下保温30 h,140 ℃下保温30h，160℃下保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨膜的制备方法，其特征在于，以氧化石墨烯膜或其复合膜为原料，首先对膜进行打孔，然后依次进行预处理、碳化、石墨化工序，得到石墨膜。2.根据权利要求1所述的石墨膜的制备方法，其特征在于，预处理工序为：将膜置于容器内，阶梯性升温、保温至200 ℃以上；预处理的时间至少3 h。3.根据权利要求1所述的石墨膜的制备方法，其特征在于，碳化工序为：将膜置于不低于600 ℃的温度下进行碳化处理；碳化时间至少10 min。4.根据权利要求1所述的石墨膜的制备方法，其特征在于，石墨化工序为：将膜置于不低于2200 ℃的温度下进行石墨化处理。5.根据权利要求1或4所述的石墨膜的制备方法，其特征在于，石墨化时间至...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋肖肖，侯士峰，刘太峥，刘同浩，马乐，
申请(专利权)人：山东利特纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：