CN103122075A - 高导热薄层石墨烯基复合材料、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导热薄层石墨烯基复合材料、其制备方法及应用。该复合材料，包括基体组分和填料组分，其中，基体组分和填料组分包括薄层石墨烯、聚合物和/或聚合物单体以及高导热材料。该制备方法包括将基体组分与填料组分复合，其中复合方式包括熔融加工、球磨、溶液共混、静电纺丝、溶液纺丝、熔融纺丝、双螺杆挤出、开炼机混炼或粉末冶金。本发明通过将聚合物与薄层石墨烯及传统高导热材料等以简单工艺复合，形成了具有优良导热性能及良好力学、电学性能的产品，其过程易于实施和控制，成本低，所获产品在高效导热、散热等方面具有广阔的应用前景。

Description

高导热薄层石墨烯基复合材料、其制备方法及应用
技术领域
本发明特别涉及一种高导热薄层石墨烯基复合材料、其制备方法及应用，属于材料科学领域。
背景技术
聚合物由于易加工成型，质量轻，性质稳定，成本低等特性，被广泛应用到生产生活中，特别在导热界面方面应用广泛，然而其本身导热性能较差，很难到达实际应用要求。因此需要在其中添加一些高导热的填料来增加其导热性能。目前常用的填料有氮化硼，氧化铝，氧化镁，氮化铝，氮化硅以及一些金属颗粒。然而这些高热导的材料还存在成本高，添加量大等缺陷，且性能还不能满足要求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高导热薄层石墨烯基复合材料，其具有成本低廉，添加量小，导热性能优良等特点，从而克服了现有技术中的不足。
本发明的另一目的在于提供一种制备前述高导热薄层石墨烯基复合材料的方法。
本发明的又一目的在于提供前述高导热薄层石墨烯基复合材料的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高导热薄层石墨烯基复合材料，包括基体组分和填料组分，所述基体组分和填料组分包括薄层石墨烯、聚合物和/或聚合物单体以及高导热材料。
进一步的，
所述基体组分包含薄层石墨烯与聚合物和/或聚合物单体的复合物，所述填料组分包括高导热材料；
或者，所述基体组分包含聚合物和/或聚合物单体，所述填料组分包含薄层石墨烯与高导热材料的复合物；
或者，所述基体组分包含聚合物和/或聚合物单体与高导热材料的复合物，所述填料组分包含薄层石墨烯。
所述薄层石墨烯可选自但不限于还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、插层膨胀石墨烯、液相解离的石墨烯或带孔石墨烯。
作为较为优选的实施方案之一，所述薄层石墨烯的层数1-100层，径向尺寸为10nm-1mm。
所述聚合物可选自但不限于聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、环氧树脂、硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸、酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、橡胶树脂、聚乙二醇、聚碳酸酯、聚酰亚胺或尼龙。
所述高导热材料可选自但不限于石墨、富勒烯、炭黑、碳纳米管、碳纳米管纤维、氮化硼、氮化铝、碳化硅、锌、铝、铜、银、镍、镉、铁、碳素钢、氧化铝、硅、氧化铍、氮化硅或氧化镁。
优选的，所述石墨的粒径为10nm-1mm，所述碳纳米管包括长度为10nm-1cm的单壁或多壁碳管，而除石墨和碳纳米管之外的其余碳材料、金属或非金属颗粒的粒径为1nm-1mm。
作为较为优选的实施方案之一，所述高导热薄层石墨烯基复合材料包含0.01-90wt％基体组分和0.01-90wt％填料组分。
一种高导热薄层石墨烯基复合材料的制备方法，包括将基体组分与填料组分复合，其中，复合方式包括熔融加工、球磨、溶液共混、静电纺丝、溶液纺丝、熔融纺丝、双螺杆挤出、开炼机混炼或粉末冶金。
该高导热薄层石墨烯基复合材料的制备方法的原理可参照图1所示。
如上所述高导热薄层石墨烯基复合材料在制备导热材料或导热器件中的应用。
一种新型导热材料或导热器件，其特征在于，包括如上所述的高导热薄层石墨烯基复合材料。
与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：通过将聚合物与薄层石墨烯及传统高导热材料等以简单工艺复合，形成了具有优良导热性能，且兼具良好力学、电学性能的高导热薄层石墨烯基复合材料，其过程易于实施和控制，成本低，所获产品在高效导热、散热等方面具有广阔的应用前景，例如，可以被加工成导热膜、导热垫、导热膏、导热胶、导热线和导热棒等在手机、电脑、发光二极管和电子器件封装材料等之中广泛应用。
附图说明
图1是本发明中一种高导热薄层石墨烯基复合材料的制备工艺示意图。
具体实施方式
以下结合若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1 石墨烯/石墨/丙烯酸树脂导热复合物制备
1)取1g薄层石墨烯，加入到28g丙烯酸树脂中，机械搅拌15分钟后，加入磷片石墨5g继续机械搅拌45分钟后即得到导热复合物，将该复合物加工成膜，形成导热胶，导热率大于1.5w/mK。
2)取1.5g薄层石墨烯，加入到25g丙烯酸酯酸树脂中，机械搅拌15分钟后，加入13.5g石墨片继续搅拌45分钟后，即得到导热树脂复合物，将该复合物加工成膜，形成导热胶，导热率2W/mK。
实施例2 石墨烯/氧化镁/硅橡胶导热复合物制备
1)0.5g薄层石墨烯，加入到50g硅橡胶中，机械搅拌15分钟后加入9.5g氧化镁粉末，继续机械搅拌45分钟，后加入10g固化剂，70℃固化12小时，即得到导热复合物。复合物加工成导热垫，导热率大于3W/mK
2)1g薄层石墨烯，加入到45g硅橡胶中，机械搅拌15分钟后加入9g氧化镁粉末，继续搅拌45分钟，后加入9g固化剂，70℃固化12小时，即得到导热硅橡胶复合物。复合物加工成导热垫，导热率大于3.5W/mK。
实施例3 石墨烯/氧化铝/环氧树脂导热复合物
1)1.5g薄层石墨烯，加入到50g环氧树脂中，机械搅拌15分钟后，加入氧化铝8.5g，继续搅拌45分钟，加入50g固化剂，固化12小时即得到环氧树脂导热复合物。复合物加工成块状，导热率大于1.5W/mK
2)1g薄层石墨烯，加入到60g环氧树脂中，机械搅拌15分钟后，加入9g氧化铝，继续搅拌45分钟，加入60g固化剂，固化12小时，即得到环氧树脂导热复合物。复合物加工成块状，导热率大于1.2W/mK。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高导热薄层石墨烯基复合材料，包括基体组分和填料组分，其特征在于，所述基体组分和填料组分包括薄层石墨烯、聚合物和/或聚合物单体以及高导热材料。
2.根据权利要求1所述的高导热薄层石墨烯基复合材料，其特征在于，
所述基体组分包含薄层石墨烯与聚合物和/或聚合物单体的复合物，所述填料组分包括高导热材料；
或者，所述基体组分包含聚合物和/或聚合物单体，所述填料组分包含薄层石墨烯与高导热材料的复合物；
或者，所述基体组分包含聚合物和/或聚合物单体与高导热材料的复合物，所述填料组分包含薄层石墨烯。
3.根据权利要求1所述的高导热薄层石墨烯基复合材料，其特征在于，所述薄层石墨烯包括还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、插层膨胀石墨烯、液相解离的石墨烯或带孔石墨烯。
4.根据权利要求1或3所述的高导热薄层石墨烯基复合材料，其特征在于，所述薄层石墨烯的层数1-100层，径向尺寸为10nm-1mm。
5.根据权利要求1所述的高导热薄层石墨烯基复合材料，其特征在于，所述聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、环氧树脂、硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸、酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、橡胶树脂、聚乙二醇、聚碳酸酯、聚酰亚胺或尼龙。
6.根据权利要求1所述的高导热薄层石墨烯基复合材料，其特征在于，所述高导热材料包括石墨、富勒烯、炭黑、碳纳米管、碳纳米管纤维、氮化硼、氮化铝、碳化硅、锌、铝、铜、银、镍、镉、铁、碳素钢、氧化铝、硅、氧化铍、氮化硅或氧化镁；
其中，所述石墨的粒径为10nm-1mm，所述碳纳米管包括长度为10nm-1cm的单壁或多壁碳管，而除石墨和碳纳米管之外的其余碳材料、金属或非金属颗粒的粒径为1nm-1mm。
7.根据权利要求1所述的高导热薄层石墨烯基复合材料，其特征在于，所述高导热薄层石墨烯基复合材料包含0.01-90wt％基体组分和0.01-90wt％填料组分。
8.权利要求1-7中任一项所述高导热薄层石墨烯基复合材料的制备方法，其特征在于，包括将基体组分与填料组分复合，复合方式包括熔融加工、球磨、溶液共混、静电纺丝、溶液纺丝、熔融纺丝、双螺杆挤出、开炼机混炼或粉末冶金。
9.权利要求1-7中任一项所述高导热薄层石墨烯基复合材料在制备导热材料或导热器件中的应用。
10.一种新型导热材料或导热器件，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的高导热薄层石墨烯基复合材料。
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