[發明專利]一種高導熱石墨烯復合薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202210100420.1
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114716704A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 戚宇;林峰;王志明;周朝福
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08J3/28;C08L63/00;C08K3/04;C08L79/02;C08L83/04
• 代理公司: 成都華復知識產權代理有限公司 51298
• 代理人: 余鵬

本發明提供一種高導熱石墨烯復合薄膜及其制備方法。該制備方法包括：將石墨烯原粉分散于分散劑當中，通過超聲獲得分散良好的石墨烯納米片分散液；將所述石墨烯納米片分散液與高分子基體材料和固化劑均勻混合形成石墨烯?高分子混合物；將所述石墨烯?高分子混合物注入模具或塑形設備中并施加磁場，固化后形成高定向排列的高導熱石墨烯復合薄膜。由于石墨烯本征的抗磁性，外加磁場可定向排列石墨烯且不需要磁性顆粒的輔助，從而提高了石墨烯復合薄膜的熱導。

技術領域

本發明屬于導熱材料技術領域，尤其涉及一種高導熱石墨烯復合薄膜及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的不斷進步，電子設備及產品不斷的更新換代，已逐漸轉向多功能化、高密度化及小型化發展。因此，保證電子器件所產生的多余熱量盡快散失，以維持元器件和設備的正常工作溫度變得尤為重要。

填充型導熱高分子材料是高分子導熱材料的發展方向。此方法以高分子為基體，與導熱填料復合而成，具有原料來源廣泛、成本適中、工藝簡單、性能可調控等優點。其中石墨烯由于其優異的熱導性，引起了人們廣泛的關注，石墨烯在平面內具有較高的熱導率2000-5000W/mK，在厚度方向的熱導率為10-20W/mK。許多研究也表明，在聚合物中加入少量的石墨烯作為導熱填料，熱導率得到了較大的提升，但提升效果仍舊差強人意。主要原因就是石墨烯具有各向異性的熱導，隨機取向的石墨烯在聚合物中不利于優異的各向異性熱導性能的展現，因此聚合物中石墨烯被均勻排列控制取向才能充分利用到石墨烯片面內的超高熱導。

而將石墨烯在復合材料中定向的排列有許多種方法，譬如機械擠壓、剪切排列、電場排列、磁場排列等方法。其中磁場排列是一種非接觸的、廣泛應用的整體排列方法，并且這種方法操作靈活、可以實現全局排列。例如，CN109439988A、CN109722057A、CN108752713A等都采用外加定向或者梯度磁場來使石墨烯定向排列，然而，石墨烯的磁響應弱，如需進一步提高石墨烯定向排列的有序度，需要通過在氧化石墨烯片上包裹如Fe₃O₄等磁性納米顆粒來增強磁響。這種納米磁性粒子的引入雖增強了還原氧化石墨烯的磁響應，但這種磁性納米顆粒的引入首先對研究排列石墨烯的本征特性研究來說是一種污染，其次，輔助磁性納米顆粒的引入會減弱石墨烯的熱導性能。因此，在不添加輔助磁性納米顆粒的情況下實現高定向排列的墨烯復合薄膜是一項挑戰。

發明內容

本發明目的在于提供一種高導熱石墨烯復合薄膜及其制備方法,通過施加動態垂直旋轉磁場，以解決在制備石墨烯復合薄膜時石墨烯納米片定向排列度低的技術問題和引入輔助納米顆粒而導致石墨烯復合薄膜的熱導性能減弱的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明的一種高導熱石墨烯復合薄膜及其制備方法的具體技術方案如下：

一種高導熱石墨烯復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨烯原粉分散于分散劑當中，通過超聲獲得分散良好的石墨烯納米片分散液；

(2)將石墨烯納米片分散液與高分子基體材料和固化劑均勻混合形成石墨烯-高分子混合物；

(3)將石墨烯-高分子混合物注入模具或塑形設備中并施加磁場，固化后形成高定向排列的高導熱石墨烯復合薄膜。

進一步，所述磁場為動態垂直旋轉磁場。

進一步，所述動態垂直旋轉磁場的磁場方向始終平行于石墨烯納米片，旋轉平面與石墨烯納米片的垂直方向垂直。

可選的，所述動態垂直旋轉磁場強度為350mT以上，轉速為70rpm/min。

本發明還提供了一種由上述的制備方法所制得的高導熱石墨烯復合薄膜。該復合薄膜由石墨烯納米片、分散劑、高分子基體材料和固化劑復合而成。石墨烯納米片在復合材料的質量分數為1-10％,并通過動態垂直旋轉磁場對復合材料中的石墨烯納米片進行定向排列。