[發(fā)明專利]仿生疊層結(jié)構(gòu)的石墨烯-碳量子點復(fù)合導(dǎo)熱薄膜及其制備

有效

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• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108128768B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱申敏;孟鑫;朱呈嶺;陳天星;陳彥儒;許達;李堯
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/15
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種仿生疊層結(jié)構(gòu)的石墨烯?碳量子點導(dǎo)熱薄膜及其制備，該復(fù)合薄膜具有仿貝殼狀的“磚塊?泥漿”疊層狀結(jié)構(gòu)，其制備方法包括以下步驟：(1)取一定比例的GO溶液和碳量子點溶液，混合，攪拌，涂膜，烘干；(2)將步驟(1)得到的薄膜在高溫下退火還原，即可得到目的產(chǎn)物石墨烯復(fù)合導(dǎo)熱薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明啟迪于貝殼結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑了石墨烯層狀疊層結(jié)構(gòu)，從而提升石墨烯薄膜的導(dǎo)熱性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種薄膜材料制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有仿生疊層結(jié)構(gòu)的石墨烯-碳量子點復(fù)合導(dǎo)熱薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代航空航天和電子計算機等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對集成芯片的性能提出了越來越嚴(yán)苛的要求。據(jù)統(tǒng)計，近年來電子芯片的密度呈指數(shù)型增長，芯片的散熱性能已成為制約電子器件工作效率的重要因素。因此，高導(dǎo)熱材料已成為目前電子工業(yè)研究的熱點。

現(xiàn)今常用的散熱材料多為金屬和其他碳材料等，載流子遷移率低、強度低和比表面積小，散熱性能差。石墨烯因其特殊的結(jié)構(gòu)和出色的性能受到廣泛關(guān)注。石墨烯是一種sp²雜化碳原子形成的單層二維平面碳材料，具有超高載流子遷移率、高強度、高比表面積等諸多優(yōu)良性能。實驗測得的單層石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)可達5300W/mK，遠高于其他常用導(dǎo)熱材料。以石墨烯為原料制備導(dǎo)熱薄膜，有望大幅度提升電子器件的散熱性能。

但是，目前報道的純石墨烯薄膜仍存在面間導(dǎo)熱低、力學(xué)性能差等諸多缺點。因此，有必要引入新的碳納米增強相對石墨烯薄膜導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能實現(xiàn)進一步提升。

中國專利CN104130576A公布了一種石墨烯導(dǎo)熱薄膜。所述薄膜是在導(dǎo)熱薄膜中加入石墨烯。這種方法可以提高導(dǎo)熱薄膜的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性，但存在導(dǎo)熱薄膜的面內(nèi)方向和面間方向的導(dǎo)熱性能差等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種仿生疊層結(jié)構(gòu)的石墨烯-碳量子點復(fù)合導(dǎo)熱薄膜及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明的目的之一在于提出一種仿生疊層結(jié)構(gòu)的石墨烯-碳量子點導(dǎo)熱薄膜，該薄膜由石墨烯片層和碳量子點組成類似貝殼的“磚塊-泥漿”疊層結(jié)構(gòu)，石墨烯片層充當(dāng)結(jié)構(gòu)中的基體“磚塊”，碳量子點均勻分散在石墨烯片層之間，充當(dāng)結(jié)構(gòu)中的連接劑“泥漿”。

本發(fā)明的目的之二在于提出一種仿生疊層結(jié)構(gòu)的石墨烯-碳量子點導(dǎo)熱薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)：將GO分散液和碳量子點溶液，混合，攪拌，蒸發(fā)制膜，烘干；

(2)：將步驟(1)得到的薄膜在高溫下退火還原，即可得到目的產(chǎn)物石墨烯-碳量子點復(fù)合導(dǎo)熱薄膜。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中：以膨脹石墨為原料，利用Hummers法制備GO水分散液(具體工藝見文獻Advanced Materials,2013.25(26):3583-3587.)。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中：碳量子點溶液通過水熱法化學(xué)合成，其步驟具體為：

取一定量的檸檬酸和乙二醇以1:1的質(zhì)量比混合溶于水中，將溶液放入反應(yīng)釜中，在150～200℃下水熱5～12h。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中：GO水分散液與碳量子點溶液的混合比例滿足溶質(zhì)質(zhì)量比為0.01～100:1。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(2)中：高溫退火的工藝為氮氣條件下，600～3000℃退火0.5～2h。