顺向排列石墨烯片高分子复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种顺向排列石墨烯片高分子复合材料的制造方法，包含下列步骤。分散石墨烯片于高分子流体中，以形成一混合物。施加场于混合物，以顺向排列石墨烯片，于高分子流体中形成大致相互平行的束状石墨体。最后，固化此混合物。形成的石墨烯片高分子复合材料具有介于1.00至2.00的异向性指数，其为平行场方向的热传导系数与垂直于场方向的热传导系数的比值。在此亦提供此顺向排列的石墨烯片高分子复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种顺向排列石墨烯片高分子复合材料的制造方法，包含下列步骤。分散石墨烯片于高分子流体中，以形成一混合物。施加场于混合物，以顺向排列石墨烯片，于高分子流体中形成大致相互平行的束状石墨体。最后，固化此混合物。形成的石墨烯片高分子复合材料具有介于1.00至2.00的异向性指数，其为平行场方向的热传导系数与垂直于场方向的热传导系数的比值。在此亦提供此顺向排列的石墨烯片高分子复合材料。【专利说明】
本专利技术是有关于一种。
技术介绍
石墨烯片是一种继纳米碳管后备受瞩目的纳米碳材料，其具有极高的电子迁移率(15000cm2/v.s)及热传导系数(5300W/mK)，而被用以作为提供导电或导热功能的添加物。但是，将石墨烯片添加于高分子后所提升的导电或导热程度往往不如预期。Ali Raza 等人(Characterization of graphite nanoplatelets and thephysical properties of graphite nanoplatelet/silicone composites for thermalinterface application, Carbon (2011))提供不同比例的石墨烯片/硅胶复合材料。当石墨烯片含量为20wt%时，热传导系数仅达到1.9W/mK。但因石墨烯片价格昂贵，故如何能够在低石墨烯片添加量下，即能够显著提升导热性质，仍是本领域中待克服的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种顺向排列(aligned)石墨烯片高分子复合材料。当石墨烯片添加量为1.00wt%以下时，此复合材料的热传导系数为混掺石墨烯片高分子复合材料的热传导系数的三倍以上。并且，此复合材料的异向性指数(anisotropy index)可高达1.83。本专利技术的一个方面提供一种顺向排列石墨烯片高分子复合材料的制造方法，包含下列步骤。分散石墨烯片于高分子流体中，以形成一混合物。施加场(field)于混合物，以顺向排列石墨烯片，于高分子流体中形成大致相互平行的束状石墨体。最后，固化此混合物，以形成顺向排列石墨烯片高分·子复合材料。形成的石墨烯片高分子复合材料具有介于1.00至2.00的异向性指数，其为沿场方向的热传导系数除以垂直于场方向的热传导系数所得的数值。本专利技术的另一方面提供一种顺向排列的石墨烯片高分子复合材料，包含高分子基材以及顺向排列的石墨烯片(aligned graphene sheets)。顺向排列石墨烯片包含数个束状石墨体位于高分子基材中，且束状石墨体大致相互平行排列。【专利附图】【附图说明】为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作详细说明，其中:图1显示依照本专利技术一实施方式的制造顺向排列的石墨烯片高分子复合材料的方法的流程图。图2A、2B及2C分别显示依照本专利技术一实施方式的顺向排列石墨烯片高分子复合材料的立体图、上视图及侧视图。图3A、3B及3C分别显示依照本专利技术另一实施方式的顺向排列石墨烯片高分子复合材料的立体图、上视图及侧视图。图4A、4B及4C分别显示依照本专利技术又一实施方式的顺向排列石墨烯片高分子复合材料的立体图、上视图及侧视图。图5显示依照本专利技术一实施方式的顺向排列石墨烯片高分子复合材料的上视光学显微镜图。图6显示比较例I的顺向排列石墨烯片高分子复合材料的上视光学显微镜图。图7显示比较例2的顺向排列石墨烯片高分子复合材料的上视光学显微镜图。图8显示比较例3的顺向排列石墨烯片高分子复合材料的上视光学显微镜图。图9显示实施例2的石墨烯片高分子复合材料的材料的侧视光学显微镜图。图1OA及IOB分别显示实施例5的顺向排列石墨烯片高分子复合材料的上视光学显微镜图及侧视光学显微镜图。图1lA及IlB分别显示实施例6的顺向排列石墨烯片高分子复合材料的上视光学显微镜图及侧视光学显微镜图。图12显示实施例7的石墨烯片高分子复合材料的材料的侧视光学显微镜图。图13A及13B分别显示实施例8的顺向排列石墨烯片高分子复合材料的上视光学显微镜图及侧视光学显微镜图。图14显示实施例10的石墨烯片高分子复合材料的材料的侧视光学显微镜图。图15显示实施例11的 石墨烯片高分子复合材料的材料的侧视光学显微镜图。图16显示实施例12的石墨烯片高分子复合材料的材料的侧视光学显微镜图。图17显示实施例1至12的异向性指数、石墨烯片添加量及电场强度的关系图。图18显示实施例1至12的排列度指数、石墨烯片添加量及电场强度的关系图。主要元件符号说明:100制造方法110、120、130 步骤210高分子基材220a束状石墨体220b丝状石墨体220c集束状石墨结构D束状石墨体的直径Wmax集束状石墨结构的最大宽度【具体实施方式】以下将以附图披露本专利技术的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本专利技术。也就是说，在本专利技术部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。图1显示顺向排列的石墨烯片高分子复合材料的制造方法100的流程图，其包含分散石墨烯片于高分子流体中(步骤110)、施加场于混合物以顺向排列石墨烯片(步骤120)以及固化此混合物(步骤130)等步骤。依照本专利技术的实施方式制得的的石墨烯片高分子复合材料具有介于1.00至2.00的异向性指数(异向性指数在此定义为沿场方向的热传导系数除以垂直于场方向的热传导系数所得的数值)，而可用以作为电磁波干扰遮蔽材料(Electromagnetic interference shielding material)、导热石墨薄片、热介面材料或高介面强度的高强力树脂。此外，顺向排列的石墨烯片高分子复合材料可应用于纺织领域。例如将此复合材料涂布于纤维或纱线表面，能够增强导电或导热能力，并提升耐磨耗特性。在步骤110中，分散石墨烯片于高分子流体中，以形成一混合物。例如可利用机械搅拌方式，将石墨烯片粉体与高分子流体均匀混合。在一实施方式中，高分子流体具有室温可硬化特性，以使排列好的石墨结构(于步骤120中形成)在固化过程(即步骤130)不会被严重破坏。借此，本实施方式可有效发挥石墨烯片本有的高导热特性，使石墨烯片高分子复合材料具有良好的导热能力。根据上述，高分子流体系选自由硅胶、橡胶、聚胺基甲酸酯或其组合所构成的群组。在一实施例中，高分子流体系硅胶，其为两液型室温硫化硅胶(RTVII)。在一实施方式中，高分子流体于25°C下的粘度为2500至3500cps，以使石墨烯片于步骤120中易于旋转或移动，以利进行顺向排列(步骤120)。石墨烯片为由多个碳原子薄层堆叠而成的三维板状纳米结构。碳原子薄层系六角碳环分子结构沿着(001)晶面延伸键结而构成的二维纳米碳分子结构。相邻的碳原子薄层以凡德瓦力相互吸引而堆叠，构成上述的三维板状纳米结构。碳原子薄层的堆叠方式可为一次重复结构(AA堆叠顺序)、二次重复结构(AB堆叠顺序)、三次重复结构(ABC堆叠顺序)。在一实施方式中，石墨烯片的基面宽度为0.1至300微米，较佳系I至50微米。基面宽度是指在巨观下石墨烯粉体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顺向排列的石墨烯片高分子复合材料的制造方法，依序包含：分散多个石墨烯片于一高分子流体中，以形成一混合物；施加一场于该混合物，以顺向排列所述石墨烯片，形成多个大致相互平行的束状石墨体于该高分子流体中；以及固化该混合物，以形成该石墨烯片高分子复合材料，其中该石墨烯片高分子复合材料具有一介于1.00至2.00的异向性指数，其为沿该场方向的热传导系数除以垂直于该场方向的热传导系数所得的数值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴定宇，林瑞基，陈泰宏，李晓燕，蔡旻锜，游任钧，曾信雄，林育宏，
申请(专利权)人：财团法人纺织产业综合研究所，
类型：发明
国别省市：