[發(fā)明專利]一種石墨烯泡沫及其制備方法、石墨烯碳復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910643668.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN110357076A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周步存;周仁杰;盧靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州富烯科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C01B32/184
• 分類號(hào): C01B32/184;C01B32/194;C09K5/14
• 代理公司: 北京世衡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11686
• 代理人: 肖淑芳

本發(fā)明提供一種石墨烯泡沫及其制備方法和石墨烯碳復(fù)合材料及其制備方法。所述石墨烯碳復(fù)合材料包括石墨烯和填充在石墨烯層間的碳材料。本發(fā)明可以根據(jù)石墨烯和碳的不同的含量設(shè)置不同導(dǎo)熱性能的石墨烯碳復(fù)合材料，本發(fā)明的石墨烯碳復(fù)合材料沿著定向的方向擁有非常高的導(dǎo)熱性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高導(dǎo)熱材料領(lǐng)域，具體涉及石墨烯碳復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

碳碳復(fù)合材料是碳纖維及其織物增強(qiáng)的碳基體復(fù)合材料，擁有優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)惰性，被廣泛應(yīng)用在航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中。

現(xiàn)有技術(shù)中，碳碳復(fù)合材料的胚體都是以碳纖維編制等制備而成，再通過浸漬其他物質(zhì)，經(jīng)炭化、石墨化形成，或者通過CVD沉積碳而成的復(fù)合材料。

雖然碳碳復(fù)合材料能夠達(dá)到一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但是其熱傳導(dǎo)能力仍不高，導(dǎo)熱系數(shù)為幾十至上百W/m·K，并且沒有很強(qiáng)的定向熱傳導(dǎo)能力。

背景技術(shù)部分的內(nèi)容僅僅是發(fā)明人所知曉的技術(shù)，并不當(dāng)然代表本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在問題中的一個(gè)或多個(gè)，本發(fā)明提供一種石墨烯碳復(fù)合材料，根據(jù)石墨烯和碳的比例設(shè)置材料的不同導(dǎo)熱性能和不同結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并能夠沿著定向的方向擁有非常高的導(dǎo)熱性能。

本發(fā)明提供一種石墨烯泡沫，密度為0.1-1.0g/cm³，優(yōu)選0.15-0.4g/cm³。

優(yōu)選地，所述石墨烯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)為100-1000W/m·K，優(yōu)選150-350W/m·K。

石墨烯泡沫層與層之間具有一定的距離(幾十納米至幾微米且不均勻分布)，熱量沿著石墨烯定向排列的方向傳輸，石墨烯的導(dǎo)熱能力與熱擴(kuò)散系數(shù)和密度有關(guān)，導(dǎo)熱系數(shù)＝熱擴(kuò)散系數(shù)*密度*比熱容，密度越大，石墨烯的導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述石墨烯泡沫的形狀包括板狀、圓柱體或圓筒狀。

優(yōu)選地，板狀的石墨烯泡沫厚度為0.1-300mm，優(yōu)選0.1-100mm，進(jìn)一步優(yōu)選0.2-5mm。

優(yōu)選地，圓柱體的石墨烯泡沫最大直徑為100-500mm，優(yōu)選200-500mm。

優(yōu)選地，圓筒狀的石墨烯泡沫外徑為100-500mm，優(yōu)選200-500mm。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述圓筒狀的石墨烯泡沫的側(cè)壁厚度為4-100mm，優(yōu)選30-50mm。

本發(fā)明還提供一種石墨烯泡沫的制備方法，將氧化石墨烯膜制備成片或卷材，再進(jìn)行高溫處理，得到石墨烯泡沫。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述氧化石墨烯膜為面內(nèi)定向組裝排列的氧化石墨烯膜。氧化石墨烯是片狀的二維材料，面內(nèi)定向組裝排列就是二維氧化石墨烯片層層整齊排列。如果氧化石墨烯分散不好、表面含有特殊的結(jié)構(gòu)或內(nèi)部有雜質(zhì)，則無法形成面內(nèi)定向組裝排列或組裝排列的整齊程度不足，則會(huì)影響最終的導(dǎo)熱系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述高溫處理的方法為：將氧化石墨烯膜放入高溫爐內(nèi)，升溫至1000-3000℃。

優(yōu)選地，所述升溫的速率為0.02-10℃/min。

進(jìn)一步優(yōu)選地，溫度在400℃以下時(shí)，升溫速率為0.02-0.5℃/min，優(yōu)選0.05-0.1℃/min；溫度大于400℃且在1500℃以下時(shí)，升溫速率為2-10℃/min；溫度大于1500℃時(shí)，升溫速率為2-4℃/min。