CN103803532A - 一种高导热石墨烯薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于有机半导体材料技术领域，提供了一种高导热石墨烯薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：制备膨胀石墨；将得到的膨胀石墨与有机溶剂混合；将膨胀石墨有机溶剂混合液进行超声解离得到石墨烯微片悬浮液；将石墨烯微片悬浮液制成石墨烯薄膜。本发明有如下优点：适合低成本工业化大规模生产高导热石墨烯薄膜；不涉及高温高压，耗能低。不采用任何氧化还原过程，不破坏所制备石墨烯的晶格结构，所得产品热导率高；同时由于不采用任何氧化还原过程，不产生任何酸碱或者其他有毒排弃物，所使用有机溶剂可以重复使用，对环境友好。
Description
技术领域
本发明属于有机半导体材料技术领域，尤其涉及一种高导热石墨烯薄膜的制备方法。
背景技术
导热石墨片也称石墨散热片，是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能，是热量管理解决方案的杰出材料选择。导热石墨片平面内具有150-1500W/m-K范围内的超高导热性能。导热石墨材料(Thermal Flexible Graphite sheet)的化学成分主要是单一的碳元素。
目前高导热石墨片主要是通过薄膜高分子化合物高温高压下热解石墨化得到，因为碳元素是非金属元素，但是却有金属材料的导电导热性能，还具有有机塑料一样的可塑性，并且还有特殊的热性能，化学稳定性，润滑和能涂敷在固体表面的等等一些良好的工艺性能，因此，导热石墨在电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域都得到了广泛的应用。
通过高温高压方法热解石墨烯聚合物得到高导热薄膜的方法属于高耗能制程，在制备导热薄膜过程中需要在超过100个大气压下将聚合物加热到2000度以上，消耗了大量的热，因此该方法得到的导热薄膜价格昂贵。
石墨烯，是碳原子按照六角排列而成的二维晶格结构。作为单层碳原子平面材料，石墨烯可以通过剥离石墨材料而得到。石墨烯这种石墨晶体薄膜自2004年被曼彻斯特大学的科学家发现之后，就成为科学界和工业界关注的焦点。石墨烯的厚度只有0.335纳米，不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬。研究表明石墨烯的面内热导率可以高达5000W/m-K。
目前有以下几种方法制备这种特殊的材料：
1.轻微摩擦法或撕胶带发
2.加热SiC法
该法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001)面上分解出石墨烯片层。由于其厚度由加热温度决定，制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。
3.金属衬底化学气相沉积法
化学气相沉积法是利用衬底的原子结构外延出石墨烯。
4.化学分散法
氧化石墨是石墨在H2SO4、HNO3、HClO4等强氧化剂的作用下，或电化学过氧化作用下，经水解后形成的。其产品具有相当高的粉末比表面积(＞700m2/g)，过程相对简单，因此该方法最适合工业化大规模生产石墨烯材料。但是在氧化还原过程中只是部分还原其导电性(破坏了石墨烯本身的高电子迁移率)，且在制备过程中产生大量的酸碱排弃物，对环境不友好。
发明内容
本发明实施例的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种适合低成本工业化大规模生产、高质量、减少有毒排弃物的石墨烯薄膜的制备方法。
本发明实施例是这样实现的，一种高导热石墨烯薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：制备膨胀石墨；将得到的膨胀石墨与有机溶剂混合；将膨胀石墨有机溶剂混合液进行超声解离得到石墨烯微片悬浮液；及将石墨烯微片悬浮液制成石墨烯薄膜。
在优选的实施例中，所述制备膨胀石墨为将可膨胀石墨置于金属或者陶瓷坩埚中，在惰性气体保护下，加热至300-900度，保持温度10-60分，实现充分膨胀，而后冷却至室温。
在优选的实施例中，所述制备膨胀石墨为将可膨胀石墨置于陶瓷坩埚或者 玻璃器皿中，以600-1200W微波加热10-60秒，实现充分膨胀，而后冷却至室温。
在优选的实施例中，所述将得到的膨胀石墨与有机溶剂混合为将所得膨胀石墨置于容器中，倒入100-1000ml有机溶剂，搅拌均匀。
在优选的实施例中，所述有机溶剂为NMP、DMP、甲苯、氯苯和三氯乙烯中的至少一种。
在优选的实施例中，所述将膨胀石墨有机溶剂混合液进行超声解离得到石墨烯微片悬浮液为在超声振荡功率为300-1200W条件下振荡1-24小时，同时加热温度为20-150度，得到石墨烯微片悬浮液。
在优选的实施例中，所述将石墨烯微片悬浮液制成石墨烯薄膜为过滤所得石墨烯悬浮液，30-100度烘干得到石墨烯薄膜。
在优选的实施例中，所述过滤石墨烯微片悬浮液采用正压过滤或者真空抽滤方式。
在本发明的实施例中，有如下优点：1.本发明技术方案适合低成本工业化大规模生产高导热石墨烯薄膜；2.不涉及高温高压，耗能低。3.不采用任何氧化还原过程，不破坏所制备石墨烯的晶格结构，所得产品热导率高；4.同时由于不采用任何氧化还原过程，不产生任何酸碱或者其他有毒排弃物，所使用有机溶剂可以重复使用，对环境友好。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所采用的工艺如下：
1.制备膨胀石墨：将可膨胀石墨置于金属或者陶瓷坩埚中，在惰性气体保护下，加热至300-900度，保持温度10-60分钟，实现充分膨胀，而后冷却至 室温。
或者将可膨胀石墨置于陶瓷坩埚或者玻璃器皿中，以600-1200W微波加热10-60秒，实现充分膨胀，而后冷却至室温。
在具体实施例中，原料还可取鳞片石墨。
2.将得到的膨胀石墨与有机溶剂混合：将所得膨胀石墨置于容器中，倒入100-1000ml有机溶剂，所述有机溶剂为NMP、DMP、甲苯、氯苯或者三氯乙烯，搅拌均匀。
3.将膨胀石墨有机溶剂混合液进行超声解离得到石墨烯微片悬浮液：在超声振荡功率为300-1200W条件下振荡1-24小时，同时加热，温度为20-150度，得到石墨烯微片悬浮液。超声分散时间在60分钟以内太短，以至于分散解离的效果不好，本发明采用震荡1-24小时，可以有效的提高分散效果。另外采取的加热也有利于提高分散效果。
4.将石墨烯微片悬浮液制成石墨烯薄膜：采用正压过滤或者真空抽滤方式，过滤所得石墨烯微片悬浮液，30-100度烘干得到石墨烯薄膜。所得薄膜的厚度为20-2000微米。所得石墨烯薄膜的热导率可以高达600W/m-K。
以下结合具体实施例来说明。
实施例一
本实施例中石墨烯材料制备方法的实施流程如下：
取1g50目可膨胀石墨置于金属或者陶瓷坩埚中，在惰性气体保护下，加热至900度，实现充分膨胀，然后冷却至室温。将所得膨胀石墨置于容器中，倒入250ml NMP中，搅拌均匀。将所得膨胀石墨NMP混合液在超声振荡功率为1200W条件下振荡16小时，同时加热到80度。得到石墨烯微片悬浮液。采用正压过滤装置或者真空抽滤装置，过滤所得石墨烯悬浮液，30-100度烘干得到石墨烯薄膜。所得薄膜的厚度为20-2000微米，所得石墨烯薄膜的热导率可以高达600W/m-K。
实施例二
本实施例中石墨烯材料制备方法的实施流程如下：
取1g可膨胀石墨置于陶瓷坩埚或者玻璃器皿中，微波1000W加热30秒。实现充分膨胀，然后冷却至室温。将所得膨胀石墨置于容器中，倒入250ml NMP中，搅拌均匀。将所得膨胀石墨NMP混合液在超声振荡功率为1200W条件下振荡16小时，同时加热到80度。得到石墨烯微片悬浮液。采用正压过滤装置或者真空抽滤装置，过滤所得石墨烯悬浮液，30-100度烘干得到石墨烯薄膜。所得薄膜的厚度为20-2000微米，所得石墨烯薄膜的热导率可以高达600W/m-K。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高导热石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
制备膨胀石墨；
将得到的膨胀石墨与有机溶剂混合；
将膨胀石墨有机溶剂混合液进行超声解离得到石墨烯微片悬浮液；及
将石墨烯微片悬浮液制成石墨烯薄膜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备膨胀石墨为将可膨胀石墨置于金属或者陶瓷坩埚中，在惰性气体保护下，加热至300-900度，保持温度10-60分，实现充分膨胀，而后冷却至室温。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备膨胀石墨为将可膨胀石墨置于陶瓷坩埚或者玻璃器皿中，以600-1200W微波加热10-60秒，实现充分膨胀，而后冷却至室温。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将得到的膨胀石墨与有机溶剂混合为将所得膨胀石墨置于容器中，倒入有机溶剂，搅拌均匀。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为NMP、DMP、甲苯、氯苯和三氯乙烯中的至少一种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将膨胀石墨有机溶剂混合液进行超声解离得到石墨烯微片悬浮液为在超声振荡功率为300-1200W条件下振荡1-24小时，同时加热温度为20-150度，得到石墨烯微片悬浮液。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将石墨烯微片悬浮液制成石墨烯薄膜为过滤所得石墨烯微片悬浮液，30-100度烘干得到石墨烯薄膜。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述过滤石墨烯微片悬浮液采用正压过滤或者真空抽滤方式。
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