[發明專利]高導熱納米碳復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610005304.6
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN106947435B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 胡東梅;李清文;李達
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C09K5/14
• 分類號: C09K5/14;C01B32/05
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種高導熱納米碳復合材料及其制備方法。所述高導熱納米碳復合材料主要由多根碳納米管的聚集體與附著在所述聚集體中的一根或多根碳納米管表面的氧化石墨烯經兩步熱處理形成，其中第一步熱處理是在還原性氣氛中進行，熱處理溫度為200～500℃，第二步熱處理是在保護性氣氛中進行，熱處理溫度為1500～3000℃。與現有的碳納米管/石墨烯復合材料相比，本發明提供的高導熱納米碳復合材料的熱導率等性能有顯著提升，同時還具有高柔韌性、高導電性和力學性能優良等特點，且其制備工藝簡單可控，能耗低，易于規模化實施。

技術領域

本發明涉及一種納米碳復合材料及其制備方法，尤其是涉及一種高導熱納米碳復合材料，例如高導熱柔性碳納米管/石墨烯復合膜及其制備方法，屬于材料科學領域。

背景技術

隨著高功率微納電子器件、半導體激光顯示以及多核智能手機及移動設備的快速發展，設備電子元件在使用過程中產生的熱量需要及時疏散以保證其能高效、可靠地工作，因此散熱能力成為器件使用壽命的首要影響因素。目前，市場上廣泛使用的金屬材質(銅、鋁)和石墨膜散熱材料，前者導熱系數低(銅：鋁)，后者柔韌性差，不耐彎折，而納米碳材料具有高導熱、耐高溫、高機械柔性、易調制界面熱阻等特性，是新一代高散熱的理想材料。

典型的納米碳材料主要有碳納米管和石墨烯，其分別具有獨特的一維和二維層狀晶格結構，而這些特殊的結構也賦予其高熱導率和電子遷移率、化學穩定性好、質量密度低、力學性能強等優點。同時，碳納米管長徑比較大而具有較好柔性，石墨烯具有大片層結構。當前，已有研究人員嘗試將該兩者復合，以期獲得兼具該兩者優點的納米碳材料。

例如，CN104029461A公開了一種石墨烯/碳納米管/石墨膜復合材料的制備方法，其首先對高分子薄膜材料進行碳化和石墨化處理，再采用化學氣相沉積法將石墨烯和碳納米管混合顆粒沉積于石墨膜表面再經過復卷機對石墨烯/碳納米管/石墨膜復合成型。

又例如，CN103626172A公開了一種高導熱石墨紙的制備方法，其采用磁控濺射系統在0.2～1mm厚的石墨片上制備10～500nm的鎳層并高溫退火處理，然后使用化學氣相沉積法在鍍有鎳層的石墨片表面上生長石墨烯和碳納米管，再經過高壓處理得到高導熱的石墨紙。

但現有技術所獲的石墨烯/碳納米管復合材料中石墨烯與碳納米管基本是簡單物理組合，而未能形成較佳協同效果，故而也使得所述復合材料的導熱性能等較之石墨烯或碳納米管提升較少。另一方面，現有石墨烯/碳納米管復合材料的制備工藝復雜，能耗高，可控性差。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種高導熱納米碳復合材料及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明實施例提供了一種高導熱納米碳復合材料，其包含：

由多根碳納米管聚集形成的聚集體，

石墨烯，結合于所述聚集體中的一根或多根碳納米管表面；

其中在所述石墨烯與碳納米管的結合處，碳納米管上的部分碳原子與石墨烯上的部分碳原子連接形成sp3價鍵。

進一步的，所述高導熱納米碳復合材料的導熱系數在600W/m以上，優選在1200W/m以上，尤其優選為1200W/m～2200W/m；和/或，所述高導熱納米碳復合材料的電導率在4×10⁴S/m以上，優選在3×10⁵S/m以上，尤其優選為3×10⁵S/m～1×10⁶S/m；和/或，所述高導熱納米碳復合材料的拉伸強度在300MPa以上，優選在2000MPa以上，尤其優選為2000～2600Mpa，楊氏模量在40GPa以上，優選為40～220GPa。