[發明專利]石墨烯-鎳-碳納米管復合材料及其制備方法和在散熱涂料中的應用

有效

• 申請號: 202010767783.1
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111892913B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 郭輝;葉晨;李朗
• 申請（專利權）人: 武漢聯維新材料科技有限公司
• 主分類號: C08K3/04
• 分類號: C08K3/04;C09K5/14;C09D7/61;C09D163/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明公開了一種石墨烯?鎳?碳納米管復合材料及其制備方法和在散熱涂料中的應用，屬于復合材料技術領域。本發明復合材料的制備方法如下：首先將氧化石墨烯、曲拉通?100和可溶性鎳鹽配置成混合溶液，加熱，保溫；然后加入還原劑，調pH，將所得反應原液在55～220℃條件下恒溫反應5～60min，得到黑色粉末；再將黑色粉末置于管式爐中，通入氫氬混合氣，恒溫預處理15～60min；最后改通反應氣體，升溫至800～1000℃，恒溫反應5～30min即可。本發明生長在石墨烯表面的鎳顆粒和碳納米管，極大程度的避免了石墨烯自身的團聚，有效促進了石墨烯在樹脂基質中的均勻分散；具有大長徑比的碳納米管能有效連接石墨烯片，促進三維導熱網絡的建立。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種石墨烯基復合材料，更具體地說，本發明涉及一種石墨烯-鎳-碳納米管復合材料及其制備方法和在散熱涂料中的應用。

背景技術

樹脂具有易加工成型、質輕、廉價等優點，在散熱涂料領域具有廣闊的應用前景，但樹脂自身相對較低的熱導系數，難以滿足散熱領域對散熱效率越來越高的需求。為了改善樹脂的導熱能力，一個行之有效的方式是將具有高熱導系數的材料作為增強填料與樹脂復合，構建復合散熱材料。在眾多的增強填料中，石墨烯因為自身優異的熱導性能、大的理論比表面積和高的楊氏模量等性質，被認為是樹脂最理想的增強填料之一。但與此同時，石墨烯片層間強烈的相互作用力以及大的片層結構，使得將石墨烯粉體與基質進行直接混煉時，難以獲得良好的分散效果，并會不可避免的造成石墨烯團聚，從而嚴重影響石墨烯導熱通道的構建，造成基質的導熱性能改善十分有限。因此，如何實現石墨烯的有效分散，以及良好導熱通道的構建，已成為石墨烯基樹脂復合散熱涂料的關鍵。

有研究報道，石墨烯和碳納米管復合使用，不僅可以有效地避免彼此的團聚，實現良好的共分散，除此之外，石墨烯和碳納米管之間的協同效應有利于導熱通道的良好構建，使其在相同質量分數下表現出比單一石墨烯或碳納米管更優的導熱性能。目前，石墨烯與碳納米管的復合可以通過層層自組裝、化學氣相沉積(CVD)、電泳沉積等方法實現。在上述方法中，CVD法制備“石墨烯-碳納米管”(Gn-CNTs)復合材料，具有材料復合均勻、成分易于控制、重復性好和碳納米管可以在石墨烯表面垂直生長等優點，具有廣闊的應用前景。

采用CVD法在石墨烯表面生長碳納米管時，需要預先在石墨烯表面附上一層催化劑顆粒，如單質鎳(Ni)顆粒，常用的制備“石墨烯-鎳催化劑”(Gn-Ni)方式有激光脈沖沉積法(PLD)和浸漬-還原法。前者對儀器設備要求較高，需要較大投入，不易于工業化推廣；后者通過預浸漬鎳離子溶液，再還原獲得的鎳單質顆粒在石墨烯表面附著不牢固，容易脫落，從而影響后續碳納米管的生長，不利于石墨烯和碳納米管協同作用的發揮。如何使用較為廉價的方式，實現Ni催化劑粒子與石墨烯的牢固結合，對于CVD法制備石墨烯-碳納米管復合材料，以及石墨烯-碳納米管復合材料在樹脂復合涂料領域的應用具有顯著的實際意義。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題或缺陷，本發明的目的在于提供一種石墨烯-鎳-碳納米管復合材料及其制備方法和在散熱涂料中的應用，旨在解決石墨烯表面負載鎳催化劑顆粒易脫落，以及樹脂基質中石墨烯難以有效分散的技術問題。

為了實現本發明的上述其中一個目的，本發明采用的技術方案如下：

一種石墨烯-鎳-碳納米管復合材料的制備方法，所述方法具體包括如下步驟：

(1)按配比稱量氧化石墨烯、曲拉通-100(Tx-100)和可溶性鎳鹽，依次加入去離子水中，配置成混合溶液，然后將所述混合溶液加熱至55～220℃，保溫；

(2)向步驟(1)保溫的混合溶液中加入還原劑，并利用堿液調節所得混合液的pH值為9～12，得到反應原液；然后將所述反應原液在55～220℃條件下繼續恒溫反應5～60min，反應結束，收集產物，得到黑色粉末；