[發明專利]一種CNTs@r-fGS/PVDF復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110411918.5
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN112961450B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 錢家盛;錢鋼;伍斌;丁伯陽;李小換;張俊;潘升軍
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K9/12;C08K3/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發明公開了一種CNTs@r?fGS/PVDF復合材料及其制備方法，是將ZIF?67晶體原位生長在經電化學剝離、混合酸改性得到的功能化石墨烯片的表面，再經高溫熱處理使ZIF?67晶體原位轉化為碳納米管，最后以表面負載碳納米管的石墨烯片作為填料與PVDF共混分散，采用涂膜法制備CNTs@r?fGS/PVDF復合材料。本發明的方法可以有效降低填料間接觸熱阻，從而可在低含量填料填充下顯著提高PVDF復合材料的導熱性能。

技術領域

本發明涉及石墨烯/PVDF復合材料技術領域，具體涉及一種CNTs@r-fGS/PVDF復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著集成電路技術的飛速發展，電子設備日益趨于小型化、輕薄化，由此帶來的功率密度不斷提高所導致的熱量累積問題，會嚴重損害電子器件的使用壽命和可靠性。因此，如何有效提高電子器件散熱能力是當前亟需解決的問題。高分子復合材料由于具備易加工、電絕緣等特點，在導熱材料領域應用廣闊。但其本征熱導率低，影響其使用性能。目前提高高分子材料導熱性能最有效的途徑是摻入高導熱無機填料。石墨烯作為一種二維材料，其在水平方向具有超高的本征熱導率，被廣泛應用于導熱高分子復合材料。但石墨烯填料存在層間熱導率低的特點，填料間的接觸熱阻也會影響復合材料導熱性能。因此如何提高石墨烯層間導熱性能成為當前研究的一個重點。當前的研究常通過對其進行表面改性來降低石墨烯與聚合物基體界面熱阻，但這種方法往往會破壞石墨烯自身結構，引入缺陷，且難以降低填料間接觸熱阻，對導熱性能提升有限，最終仍需要較高填充才能實現導熱性能較大提升。

發明內容

基于上述現有技術所存在的問題，本發明提供一種CNTs@r-fGS/PVDF復合材料及其制備方法，旨在通過石墨烯表面生長的碳管將石墨烯片間連接起來，從而降低填料間接觸熱阻，以在低填充下提高復合材料的導熱性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種CNTs@r-fGS/PVDF復合材料的制備方法，其特點在于：首先通過電化學剝離石墨片法制備石墨烯片，并通過混合酸改性得到功能化石墨烯片；再將ZIF-67晶體原位生長在功能化石墨烯片表面，經過高溫熱處理，使ZIF-67晶體原位轉化為碳納米管，經酸洗去除不穩定鈷后得到表面負載碳納米管的石墨烯片，最后與PVDF共混分散，采用涂膜法制得CNTs@r-fGS/PVDF復合材料。具體包括如下步驟：

步驟1、fGS的制備

以石墨片作為陽極、鉑電極作為陰極，以硫酸銨溶液作為電解液，在15V電壓下剝離出石墨烯片；將濃硫酸和濃硝酸按體積比1:3混合，獲得混合酸；將石墨烯片加入到所述混合酸中，80℃攪拌反應2-4h，抽濾分離產物并洗滌至中性，然后冷凍干燥，得到功能化石墨烯片，記為fGS；

步驟2、ZIF-67@fGS的制備

將0.018～0.022g步驟1所得fGS加入到10mL甲醇中超聲分散均勻，滴加20mL含0.291g六水合硝酸鈷的甲醇溶液并攪拌均勻，再滴加20mL含0.657g?2-甲基咪唑的甲醇溶液，攪拌3h，抽濾分離產物，洗滌并干燥后，得到表面負載ZIF-67晶體的石墨烯片，記為ZIF-67@fGS；

步驟3、CNTs@r-fGS的制備

將步驟2所得ZIF-67@fGS置于管式爐中，加入碳源，在氬氣氣氛下進行高溫熱處理，使ZIF-67晶體原位轉化為碳納米管；所得產物加入到稀硫酸溶液中浸泡以去除不穩定鈷，然后洗滌至中性，干燥后獲得表面負載碳納米管的石墨烯片，記為CNTs@r-fGS；

步驟4、CNTs@r-fGS/PVDF復合材料制備。

將步驟3所得CNTs@r-fGS作為填料與PVDF在DMF溶劑中攪拌分散均勻，然后通過涂膜法制得CNTs@r-fGS/PVDF復合材料。

進一步地，步驟1中，硫酸銨溶液的濃度為0.1mol/L。