[發明專利]石墨烯/Magnéli相TinO2n-1

有效

• 申請號: 202211418318.2
• 申請日: 2022-11-14
• 公開（公告）號: CN115849860B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 杜鑫
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B30/00
• 分類號: C04B30/00;C04B111/94
• 代理公司: 浙江嘉騰專利代理有限公司 33515
• 代理人: 黃江

本發明公開了石墨烯/Magnéli相Ti_nO_2n?1納米粒子復合高導熱膜的制備方法，包括有Magnéli相Ti_nO_2n?1納米粒子的制備、石墨烯納米片的制備、石墨烯/Ti₂O₃或Ti₄O₇納米粒子的復合、石墨烯/Ti₂O₃或Ti₄O₇復合膜的制備。本發明的石墨烯/Magnéli相Ti_nO_2n?1納米粒子的復合高導熱膜，利用石墨烯作為主體材料和Magnéli相TinO_2n?1納米粒子作為輔助添加劑，在組裝成膜的過程中，高導熱性能、高穩定性能及納米化的TinO_2n?1粒子有效填充了石墨烯片層的褶皺、層隙、間隙、孔洞等位置，使得成膜呈現更加均勻平整的分布狀態，從而使其具有高的導熱性能。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及石墨烯/Magnéli相TinO_2n-1納米粒子復合高導熱膜及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著手機、計算機、航天飛行器控制系統等電子儀器設備正趨于輕量化、小型化、結構緊湊化和運行高效化，電子產品這種輕薄化和集成化發展通常會導致更高的發熱溫度，而過熱往往會導致器件的壽命和運行穩定性大幅下降。電子器件的發熱直接影響設備的性能和可靠性，5G時代散熱問題更加突出。隨著電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和小型化，微機電系統技術的進步，電子元器件的總功率密度大幅度增長而物理尺寸卻越來越小，熱流密度也隨之增加。

石墨烯，又稱單層石墨，一種由碳原子組成的平面薄膜，自石墨材料中剝離，只有一個碳原子的厚度，是由單層碳原子呈蜂巢晶格排列形成的二維材料。石墨烯的結構非常穩定，碳碳鍵僅為石墨烯內部的碳原子之間的連接很柔韌，當施加外力于石墨烯時，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應外力，從而保持結構穩定。這種穩定的晶格結構使石墨烯具有優秀的導熱性，理論導熱系數高達5300W·m^-1·K^-1，高于碳納米管和金剛石。石墨烯具有突出的導熱性能(5300W·m^-1·^K-1)，優異的電學性能(室溫下電子遷移率可達2×10⁵cm²/vs)，超常的比表面積(2630m²/g)，其楊氏模量(1100GPa)和斷裂強度(125GPa)。同時石墨烯具有耐高溫耐腐蝕的優點，而其良好的機械性能和較低的密度更讓其具備了在導熱材料領域取代金屬的潛力。

鈦在自然界中含量豐富，存在多種不同價態的氧化物。在這些氧化物中，二氧化鈦由于具有較好的光響應能力、價格低廉、熱穩定性高等特點,在光催化領域得到了深入的研究。但自然存在的二氧化鈦由于具有較寬的禁帶寬度，只能響應波長400nm以下的紫外光，限制了其對光的吸收，無法用于光熱轉換。研究者通過不同的方法來降低TiO₂的禁帶寬度，提高其對太陽能的響應和吸收，但其最多也只能響應800nm以下的太陽光，因此限制了TiO₂在光熱轉換方面的應用。Magnéli相TinO_2n-1(2＜n＜10)是一類比較常見的鈦金屬氧化物，在能量儲存方面已經得到應用。而Ti₂O₃和Ti₄O₇作為Magnéli相TinO_2n-1(2＜n＜10)中應用最廣泛的材料，已經被證明能吸收較寬范圍內的紫外、可見光和近紅外光，不僅具有高的導熱和導電性能，而且具有優異的光、熱、電和化學穩定性。Magnéli相TinO_2n-1納米粒子作為輔助添加材料，使石墨烯具有更加均勻平整的分布狀態，而且不影響石墨烯的導熱性能。

發明內容