一种导热导电石墨薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于石墨材料领域，具体涉及一种高导电导热石墨薄膜及其制备方法。本发明专利技术提供一种导电导热石墨薄膜的制备方法，所述制备方法为：将无金属离子的弱氧化石墨与氧化石墨烯水溶液混合均匀得混合液；再将混合液进行抽滤处理得产物；然后将所得产物经干燥和压制处理制得弱氧化石墨/氧化石墨烯复合膜；最后将所得弱氧化石墨/氧化石墨烯复合膜进行高温石墨化处理得到所述导电导热石墨薄膜；其中，无金属离子的弱氧化石墨与氧化石墨烯水溶液的质量比为：100：2～20。本发明专利技术得到的石墨薄膜力学性能很好，具有更高的厚度；并且实现了石墨膜导热导电系数、拉伸强度和电磁屏蔽等性能的提升。升。升。

【技术实现步骤摘要】
一种导热导电石墨薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于石墨材料领域，具体涉及一种高导电导热石墨薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨材料指的是含碳量超过百分之九十九的高模量材料，是由高分子化合物在高温环境下裂解石墨化而成。高性能石墨材料有高强高模、低密度、高导电导热、尺寸稳定、可复合，还耐高温、耐腐蚀等优异性能。
[0003]随着电子科技行业的迅速发展，电子设备从大型的台式电脑，到笔记本电脑，智能手机，电子设备使用的越来越普遍。电子产品更加轻薄，体积越来越小，但功能却越来越丰富，导致对电子元器件的散热要求越来越高，进而产生了一些如导热纤维，导热薄膜材料在内的协助设备散热的导热材料。石墨薄膜作为一种实用导热薄膜具有高导电性，高导热性等优良性能。如今主要有两种方法制备石墨导热薄膜，一是用GO溶液为前驱体，通过成膜和高温化得到高导热薄膜；二是利用PI做前驱体进行高温石墨化得到相应结构。但GO的制备过程极其复杂，且会在制备过程中引入金属杂质离子，无法被完全除去，影响石墨化的进程；PI制备成本极高，前期也需聚合反应。同时两种制备方法的前驱体都含大量N,O,S元素，再进行高温热处理时，会造成极大的质量损失，导致膜厚度过低。

技术实现思路

[0004]针对上述传统方法制备过程中引入杂质金属锰离子、制备的石墨导热薄膜较薄、制备过程中环境污染、易爆炸的安全隐患等问题，本专利技术提供一种新的制备导热导电石墨薄膜的方法，能够避免上述缺陷，并实现了石墨膜导热导电系数、拉伸强度和电磁屏蔽等性能的提升。r/>[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种导电导热石墨薄膜的制备方法，所述制备方法为：将无金属离子的弱氧化石墨与氧化石墨烯水溶液混合均匀得混合液；再将混合液进行抽滤处理得产物；然后将所得产物经干燥和压制处理制得弱氧化石墨/氧化石墨烯复合膜；最后将所得弱氧化石墨/氧化石墨烯复合膜进行高温石墨化处理得到所述导电导热石墨薄膜；其中，无金属离子的弱氧化石墨与氧化石墨烯水溶液的质量比为：100：2～20；所述无金属离子的弱氧化石墨采用下述方法制得：石墨在膨胀剂和硫酸的作用下进行石墨插层，利用膨胀剂在硫酸中分解产生的气体使得石墨膨胀，从而形成膨胀石墨，然后将所得膨胀石墨经剥离得到无金属离子的弱氧化石墨，所述膨胀剂为过硫化物。
[0007]优选的，无金属离子的弱氧化石墨与氧化石墨烯水溶液的质量比为：100：5～10；更优选为100：10。
[0008]进一步，所述膨胀剂为过硫酸铵、过硫酸氢铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的至少一种。
[0009]进一步，所得产物在室温条件干燥。
[0010]进一步，所述压制处理采用两步机械压制：第一步于18～22MPa(优选为20MPa)下压制；第二步于75～85MPa(优选为80MPa)下压制。低压下将滤饼压成薄膜，在高压力下减少薄膜空隙，增大薄膜密度。
[0011]进一步，所得弱氧化石墨/氧化石墨烯复合膜(WEG/GO复合薄膜)于800℃～2800℃进行高温石墨化处理得到所述导电导热石墨薄膜(WG
‑
GF)。
[0012]进一步，所得弱氧化石墨/氧化石墨烯复合膜进行高温石墨化处理的过程为：将弱氧化石墨/氧化石墨烯复合膜先以2.5～3.5℃/min(优选为3℃/min)的升温速率从室温升到800℃，保温0.8h～1.2h；再以4.5～5.5℃/min(优选为5℃/min)的升温速率升温至800℃～1300℃，保温0.8h～1.2h；最后以9.5～10.5℃/min(优选为10℃/min)的升温速率升温至1300℃～2800℃，保温1.8h～2.2h得到所述导电导热石墨薄膜。
[0013]进一步，所述无金属离子的弱氧化石墨使用前进行超声均质和微射流分散处理。
[0014]进一步，所述无金属离子的弱氧化石墨的制备方法中，所述硫酸为浓硫酸(指质量分数为95％～98％)或发烟硫酸中的至少一种。
[0015]更进一步，所述膨胀石墨的制备方法具体为：先将石墨和硫酸进行混合，将混合溶液升温至室温(25℃)～100℃，搅拌过程中加入膨胀剂并于室温(25℃)～100℃反应10min～5h小时；再过滤并回收硫酸；洗涤至中性；其中石墨与所述膨胀剂的质量比为1：2～1：20；石墨和浓硫酸的比例为1g：20ml～1g：80ml。
[0016]进一步，所述剥离方法采用高速剪切、超声或球磨中的至少一种。
[0017]进一步，通过传统Hummers制备得到的氧化石墨烯(GO)水溶液。
[0018]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种导电导热石墨薄膜，其采用上述方法制得。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术在弱氧化石墨WEG中引入氧化石墨烯水溶液GO作为WEG的分散剂，以起到稳定WEG分散以及增强片层之间的作用力；得到的石墨薄膜力学性能很好，同时更低含量的含氧官能团，使得后续高温热处理时的质量损失减少，得到的石墨膜具有更高的厚度；此外，由于本专利技术采用浓硫酸和过硫化物膨胀剂弱氧化得到的弱氧化石墨晶体结构更好，且未引入重金属离子。
附图说明
[0021]图1为实施例1～5所得石墨膜的导热性能和导电性能结果。
[0022]图2为实施例1～5所得石墨膜的力学结果。
[0023]图3为实施例1～5所得石墨薄膜的EMI SE值。
[0024]图4为实施例1所得薄膜在红外相机表征下的温度
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时间结果；表明其能在1.5s内从86℃降温到26℃。
[0025]图5为实施例1所得石墨薄膜通过有限元模拟计算出不同截面的热通量结果；表明本专利技术所得薄膜显示出了良好的均热性能；ΔT表示中心点和边缘点的温差。
[0026]图6为实施例1所得100微米厚度的石墨薄膜的侧面的热通量结果。
具体实施方式
[0027]本专利技术先使用浓硫酸(95％～98％)和过硫酸铵来处理鳞片石墨，通过插层、膨胀和氧化过程实现鳞片石墨的剥离与弱氧化；随后通过一系列抽滤烘干操作得到弱氧化石墨WEG。将所制得的WEG与通过传统Hummers制备得到的氧化石墨烯(GO)水溶液进行混合，然后对抽滤得到的滤饼进行机械压制得到WEG/GO
‑
X复合薄膜；最后对得到的WEG/GO
‑
X复合薄膜进行高温石墨化处理，得到优异导热导电的石墨薄膜(WG
‑
GF)。
[0028]本专利技术在弱氧化WEG中引入氧化石墨烯水溶液GO作为WEG分散剂以起到稳定WEG分散以及增强片层之间的作用力；由于WEG和GO同为二维片状碳材料，但是二者的结构有很大差别；GO片层较薄，每层的碳原子都会键接上
‑
OH，
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COOH，
‑
CO等含氧官能团，利用WEG和GO片层之间的π
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π相互作用以及GO溶液中的氢键增强片层之间的作用力，且GO片层之间的静本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电导热石墨薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将无金属离子的弱氧化石墨与氧化石墨烯水溶液混合均匀得混合液；再将混合液进行抽滤处理得产物；然后将所得产物经干燥和压制处理制得弱氧化石墨/氧化石墨烯复合膜；最后将所得弱氧化石墨/氧化石墨烯复合膜进行高温石墨化处理得到所述导电导热石墨薄膜；其中，无金属离子的弱氧化石墨与氧化石墨烯水溶液的质量比为：100：2～20；所述无金属离子的弱氧化石墨采用下述方法制得：石墨在膨胀剂和硫酸的作用下进行石墨插层，利用膨胀剂在硫酸中分解产生的气体使得石墨膨胀，从而形成膨胀石墨，然后将所得膨胀石墨经剥离得到无金属离子的弱氧化石墨，所述膨胀剂为过硫化物。2.根据权利要求1所述的一种导电导热石墨薄膜的制备方法，其特征在于，无金属离子的弱氧化石墨与氧化石墨烯水溶液的质量比为：100：5～10；优选为100：10。3.根据权利要求1或2所述的一种导电导热石墨薄膜的制备方法，其特征在于，所述膨胀剂为过硫酸铵、过硫酸氢铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的至少一种。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种导电导热石墨薄膜的制备方法，其特征在于，所述压制处理采用两步压制：第一步于18～22MPa下压制；第二步于75～85MPa下压制。5.根据权利要求1～4任一项所述的一种导电导热石墨薄膜的制备方法，其特征在于，所得弱氧化石墨/氧化石墨烯复合膜于800℃～2800℃进行高温石墨化处理得到所述导电导热石墨薄膜。6.根据权利要求1～4任...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈沛丰，陈枫，刚子成，罗元辉，陈念东，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：