【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料领域，具体地，本专利技术涉及一种轻质双取向高导热石墨烯泡沫材料及其制备方法。
技术介绍
1、在现代科技飞速发展的背景下，电子器件的集成度和功率密度不断提高，导致热管理问题成为影响其性能和可靠性的重要因素。高导热材料因其卓越的导热性能，能够有效地将热量从热源迅速传导至散热部件，从而提升电子器件的工作效率和寿命。此外，高导热材料在能源管理、航空航天、汽车工业等领域，如热能回收、发动机冷却和结构件热保护等方面，也具有广泛的应用前景。
2、目前，高导热材料的研究主要集中在金属材料、非金属材料和复合材料三大类。金属材料如铜和铝因其优异的导热性能被广泛应用，但其高密度和加工难度限制了其在某些领域的应用。非金属材料如碳基材料具有热导率高、密度低的优点，例如，石墨烯导热系数高达3000-5000w/m·k，远超传统材料如铜和铝，但受限于其片层状的基元结构，目前所制备的导热材料通常只在一个方向具有较高热导率，且其高热导率通常与密度成正比，不利于材料在航空航天等亟需低能耗的领域应用。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种轻质双取向高导热石墨烯泡沫材料及其制备方法，该材料由水平取向石墨烯泡沫/垂直取向石墨烯泡沫/水平取向石墨烯泡沫组成三明治结构，其中水平取向石墨烯泡沫密度较高，提供高面内热导率，垂直取向石墨烯泡沫密度较低，在提供高面间热导率的同时，有效降低整体材料的密度；在石墨烯泡沫中引入高导热碳纤维，纤维结构在泡沫内部穿插，连接石墨烯片层，有效提
2、在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种石墨烯泡沫材料。根据本专利技术的实施例，所述材料包括：底层，中间层和表面层，
3、底层为水平取向石墨烯泡沫；
4、中间层为垂直取向石墨烯泡沫；
5、表面层为水平取向石墨烯泡沫；
6、所述水平取向石墨烯泡沫的密度高于所述垂直取向石墨烯泡沫的密度；
7、所述底层，中间层和表面层均包含高导热碳纤维；
8、所述材料的密度为30-70mg cm-3。
9、根据本专利技术的实施例的材料由水平取向石墨烯泡沫/垂直取向石墨烯泡沫/水平取向石墨烯泡沫组成三明治结构，其中水平取向石墨烯泡沫密度较高，提供高面内热导率，垂直取向石墨烯泡沫密度较低，在提供高面间热导率的同时，有效降低整体材料的密度；在石墨烯泡沫中引入高导热碳纤维，纤维结构在泡沫内部穿插，连接石墨烯片层，有效提高材料机械性能。根据本专利技术的实施例的材料密度小、质量轻，机械性能优异，可连续压缩10000次而基本不改变其形貌，同时兼具超高的面内及面间热导率，是目前泡沫类轻质材料中热导率非常高的。
10、根据本专利技术的实施例，上述材料还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：
11、根据本专利技术的实施例，所述水平取向石墨烯泡沫与垂直取向石墨烯泡沫的厚度比为1:7-1:10。根据本专利技术的实施例，该厚度比为结合了轻质与高导热的较优比值。低于这个比值，中间低密度部分占比过高，泡沫轻质但导热性能降低；高于这个比值，上下水平取向高密度部分占比过高，材料导热性好，但密度过大。
12、根据本专利技术的实施例，所述水平取向石墨烯泡沫的密度为80-170mg cm-3。根据本专利技术的实施例，该密度范围为结合了轻质与高导热的较优比值。密度过大，材料整体过重；密度过小，材料热导率降低。
13、根据本专利技术的实施例，所述水平取向石墨烯泡沫的孔径为5-50μm。根据本专利技术的实施例，该孔径范围为结合了轻质与高导热的较优比值。孔径过小，材料整体过重；密度过孔径过大，材料热导率降低。
14、根据本专利技术的实施例，所述垂直取向石墨烯泡沫密度为30-60mg cm-3。根据本专利技术的实施例，该密度范围为结合了轻质与高导热的较优比值。密度过大，材料整体过重；密度过小，材料热导率降低。
15、根据本专利技术的实施例，所述垂直取向石墨烯泡沫孔径为30-110μm。根据本专利技术的实施例，该孔径范围为结合了轻质与高导热的较优比值。孔径过小，材料整体过重；密度过孔径过大，材料热导率降低。
16、根据本专利技术的实施例，所述高导热碳纤维的直径为20-50μm。根据本专利技术的实施例，高导热碳纤维的直径会影响其热导率和分散性，该直径范围，碳纤维同时表现出优异热导率和分散性。对于碳纤维，尺寸越小，分散性越好，但直径减小，其热导率也会迅速降低。因此，低于这个数值，最终材料的热导率降低；高于这个数值，碳纤维分散性受影响，最终材料内部结构不均匀，影响其整体的热导率、机械性能等。
17、根据本专利技术的实施例，所述高导热碳纤维的长度为200-1000μm。根据本专利技术的实施例，高导热碳纤维的长度影响其在氧化石墨烯中的分散性及最终石墨烯泡沫的热导率和机械性能。该长度可实现最优的整体性能。低于这个长度，碳纤维较难有效在石墨烯片层与片层间穿插，形成桥梁，因此材料热导率和机械性能变差。高于这个长度，碳纤维与氧化石墨烯的分散性受限，较难形成均匀的取向结构，影响最终材料的完整度和机械性能。
18、根据本专利技术的实施例，所述石墨烯以氧化石墨烯形式存在。
19、根据本专利技术的实施例，所述氧化石墨烯与碳纤维的质量比为1:5-1:30。根据本专利技术的实施例，该质量比使复合材料同时具有完整的成型性、优异的机械性能和热导率。氧化石墨分散液在液氮快速冷冻过程易发生裂痕。制备初始阶段，碳纤维与go均匀混合，碳纤维可以穿插于氧化石墨烯片层间，有效抑制裂纹产生。若高于这个比值，即碳纤维量过少，较难有效抑制制备冷冻过程裂痕的产生；若低于这个比值，即碳纤维含量过多，则会使go溶液过于粘稠，go片层接触减少，最终碳化后的材料整体性和机械性能变差。
20、在本专利技术的另一方面，本专利技术还提出了一种制备石墨烯泡沫材料的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
21、(1)将氧化石墨烯分散液和高导热碳纤维进行混合处理，以便得到混合氧化石墨烯分散液；
22、(2)将所述混合氧化石墨烯分散液进行冷冻处理、干燥处理，以便得到垂直取向氧化石墨烯泡沫；
23、(3)将所述垂直取向氧化石墨烯泡沫经过转向处理，以便获得水平取向氧化石墨烯泡沫；
24、(4)将所述水平取向氧化石墨烯泡沫、所述垂直取向氧化石墨烯泡沫、所述水平取向氧化石墨烯泡沫按照从上到下的方式进行组装，以便得到三明治结构的复合氧化石墨烯泡沫；
25、(5)将所述三明治结构的复合氧化石墨烯泡沫进行碳化处理，以便获得所述石墨烯泡沫材料；
26、其中，所述水平取向石墨烯泡沫的密度高于所述垂直取向石墨烯泡沫的密度，所述材料的密度为30-70mg cm-3。
27、根据本专利技术实施例的方法简单，绿色，安全环保。根据本专利技术的实施例的方法制备得到的材料由水平取向石墨烯泡沫/垂直取向石墨烯泡沫/水平取向石墨烯泡沫组成三明治本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨烯泡沫材料，其特征在于，包括：底层，中间层和表面层，
2.根据权利要求1所述的石墨烯泡沫材料，其特征在于，所述水平取向石墨烯泡沫与垂直取向石墨烯泡沫的厚度比为1:7-1:10；
3.一种制备石墨烯泡沫材料的方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水平取向石墨烯泡沫与垂直取向石墨烯泡沫的厚度比为1:7-1:10；
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的浓度为10mg/mL～15mg/mL；
6.根据权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，所述转向处理是通过将部分垂直取向低密度氧化石墨烯泡沫，90度放倒，并上下施加压力进行的；
7.根据权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，所述组装处理是以浓度为10mgmL-1～15mg mL-1的氧化石墨烯溶液为粘结剂的条件下进行的；
8.一种制备石墨烯泡沫材料的方法，其特征在于，
9.根据权利要求3-8任一项所述的方法，其特征在于，所述高导热碳纤维的直径为20-50μm；p>
10.一种石墨烯泡沫材料，其特征在于，所述石墨烯泡沫材料是根据权利要求3-8任一项所述的方法制备获得的。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯泡沫材料，其特征在于，包括：底层，中间层和表面层，
2.根据权利要求1所述的石墨烯泡沫材料，其特征在于，所述水平取向石墨烯泡沫与垂直取向石墨烯泡沫的厚度比为1:7-1:10；
3.一种制备石墨烯泡沫材料的方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水平取向石墨烯泡沫与垂直取向石墨烯泡沫的厚度比为1:7-1:10；
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的浓度为10mg/ml～15mg/ml；
6.根据权利要求3-5任一项所述的...
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