[發(fā)明專(zhuān)利]一種高導(dǎo)熱石墨烯摻雜復(fù)合片材的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710755339.6
• 申請(qǐng)日: 2017-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107794388A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王天珍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 六安永吉納米材料科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/05
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/05;C01B32/19;C09K5/14
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種高導(dǎo)熱石墨烯摻雜復(fù)合片材的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的貓。石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來(lái)生產(chǎn)未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無(wú)法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽(yáng)能電池板。

作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱(chēng)為"黑金"，是"新材料之王"，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將"徹底改變21世紀(jì)"。

一般的石墨烯和金屬?gòu)?fù)合板材是通過(guò)將石墨烯和金屬分別制成片狀之后在通過(guò)膠黏復(fù)合，該工藝復(fù)雜，而且二者之間存在膠黏劑，影響產(chǎn)品導(dǎo)熱性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高導(dǎo)熱石墨烯摻雜復(fù)合片材的制備方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的石墨烯復(fù)合片材制備工藝復(fù)雜而且產(chǎn)品性能較差的問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)熱石墨烯摻雜復(fù)合片材的制備方法，包括如下步驟：

(1)將天然石墨與酸性溶液混合，常溫?cái)嚢?min；先后加入催化劑和膨脹插層劑，繼續(xù)攪拌5～10min后，室溫靜置反應(yīng)5min～1h，得到石墨烯前驅(qū)體；將石墨烯前驅(qū)體用水多次沖洗，然后置于超聲波中超聲剝離5min～1h，得到石墨烯分散液；將石墨烯分散液離心處理，得到初級(jí)石墨烯，將初級(jí)石墨烯水洗多次，隨后進(jìn)行原位冷凍干燥，出去水分后得到石墨烯粉體；

(2)將金屬粉體和步驟(1)得到的石墨烯粉體按一定比例置于球磨罐中，加入定量的無(wú)水乙醇進(jìn)行球磨4-6h，將球磨后的混合液采用旋轉(zhuǎn)干燥儀進(jìn)行真空旋轉(zhuǎn)干燥，得到混合粉體；

(3)將步驟(2)得到的混合粉體置于石墨磨具中，在真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)成型，得到石墨烯摻雜金屬?gòu)?fù)合片材。

進(jìn)一步的，所述燒結(jié)溫度為800-1600℃，燒結(jié)壓力為20MPa～40Mpa,燒結(jié)時(shí)間為1-2h。

進(jìn)一步的，步驟(2)中所述石墨烯粉體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％-40％，所述金屬粉體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％-98％。

進(jìn)一步的，所述金屬為銀、銅、鋁和鐵中的一種或幾種的組合物。

采用上述本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

本發(fā)明通過(guò)粉體混合燒結(jié)成型的方法制備復(fù)合片材，工藝簡(jiǎn)便，而且片材中不含其他雜質(zhì)，導(dǎo)熱性能優(yōu)異；本發(fā)明最后采用熱壓燒結(jié)方法，在復(fù)合片材燒結(jié)過(guò)程中施加20MPa～40Mpa，便于石墨烯在片材中的獲得更好取向，進(jìn)一步提升導(dǎo)熱性能。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

實(shí)施例1

石墨烯摻雜復(fù)合片材的制備方法，包括如下步驟：

(1)將天然石墨與酸性溶液混合，常溫?cái)嚢?min；先后加入催化劑和膨脹插層劑，繼續(xù)攪拌5min后，室溫靜置反應(yīng)20min，得到石墨烯前驅(qū)體；將石墨烯前驅(qū)體用水沖洗3次，然后置于超聲波中超聲剝離20minh，得到石墨烯分散液；將石墨烯分散液離心處理，得到初級(jí)石墨烯，將初級(jí)石墨烯水洗3次，隨后進(jìn)行原位冷凍干燥，出去水分后得到石墨烯粉體；

(2)將銅粉和步驟(1)得到的石墨烯粉體置于球磨罐中，加入定量的無(wú)水乙醇進(jìn)行球磨4h，將球磨后的混合液采用旋轉(zhuǎn)干燥儀進(jìn)行真空旋轉(zhuǎn)干燥，得到混合粉體；

(3)將步驟(2)得到的混合粉體置于石墨磨具中，在真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)成型，燒結(jié)溫度為1300℃，燒結(jié)壓力為20MPa，燒結(jié)時(shí)間為1h，得到石墨烯摻雜金屬?gòu)?fù)合片材。

實(shí)施例2

石墨烯摻雜復(fù)合片材的制備方法，包括如下步驟：