CN104150860A - 一种金刚石增强的高导热石墨烯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种金刚石增强的高导热石墨烯片，它是一种金刚石体积为石墨烯体积的1～30％，且金刚石存在于石墨烯形成的片层状结构中间的石墨烯导热片。本发明的制备方法是将石墨烯使用超声波处理10～30min，配制成石墨烯的悬浊液，加入5nm～50μm金刚石颗粒，使用超声波分散处理，超声处理的时间为10～30min，使石墨烯充分分散，并使金刚石能够充分分散吸附到石墨烯上，制得石墨烯和金刚石的悬浊液；将悬浊液干燥，再冷压干燥后的石墨块，冷压的压强为40～80MPa，保压2～10min。本发明具有制备方法简单，易加工成型的优点，经过本方法制备的石墨导热片，在垂直于石墨层方向上，热导率提高了30～50％。

Description

一种金刚石增强的高导热石墨烯片及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，特别涉及一种石墨导热片及其制备方法。
背景技术
石墨导热片是由石墨制备而成的一种导热散热材料。石墨导热片具有低的热阻、低的比重、易于加工成型、且表面可以与金属、导热硅胶相组合等优点，广泛地应用在计算机、手机、通讯设备、无线交换机等电子产品中。但是石墨具有独特的晶粒取向，这种结构决定了石墨的各向异性，使得在平行于石墨层方向上的导热系数高达1500W/(m·K)，而在垂直于石墨层方向上的最高导热系数仅有10～20W/(m·K)。石墨导热片在使用的过程中，热量首先沿着垂直于石墨层的方向传递，再沿着平行于石墨层的方向上传递，而垂直于石墨层方向上的导热系数较低，很大程度上限制了石墨片的导热性能。
目前，人们通过在石墨片上镀金属层、使用酸液处理石墨原料来提高石墨片的热导率。比如，中国知识产权局公开的公开号为CN 101508889A的专利是在石墨片表面包覆一层金属铝，既保留了石墨导热片质量轻、导热性好的优点，又增加了其机械强度，便于和金属结合，最终提高了石墨导热片的导热性能。公开号为CN 101407322A的专利对天然的石墨进行酸洗处理、去除杂质处理、水洗处理、高温膨胀处理、成型工序，制备出具有各向异性的石墨导热散热片,与普通方法制备的产品相比,导热性能明显提高。
但是，以上的方法都有一定的缺陷，包覆金属铝的方法只是提高了石墨片和金属基体间的导热性，并没有提高石墨片本身的导热性；而采用硫酸、氢氟酸等酸液处理石墨，腐蚀设备、污染环境、且生产工艺复杂。
发明内容：
本发明的目的在于解决垂直于石墨层方向上导热系数较低的问题，而提供一种金刚石增强的高导热石墨烯片及其制备方法。
本发明的金刚石增强的高导热石墨烯片是一种金刚石体积为石墨烯体积的1～30％，且金刚石存在于石墨烯形成的片层状结构中间的石墨烯导热片。
上述金刚石增强的高导热石墨烯片的制备方法：
(1)主要原料为石墨烯和粒径为5nm～50μm金刚石颗粒。
(2)将石墨烯放入容器中，加入去离子水，使用超声波处理10～30min，超声频率为20～40KHz，配制成石墨烯的悬浊液。
(3)在步骤(2)得到的石墨烯悬浊液中加入金刚石颗粒，金刚石的体积为石墨烯体积的1～30％，使用超声波分散处理，超声处理的时间为10～30min，超声频率为20～40KHz，使石墨烯充分分散，并使金刚石能够充分分散吸附到石墨烯上，制得石墨烯和金刚石的悬浊液。
(4)将步骤(3)制备的石墨烯和金刚石的悬浊液干燥，把干燥后的石墨块冷压，冷压的压强为40～80MPa，保压2～10min。
加入金刚石后，金刚石具有较高的热导率，有利于石墨烯片层之间的热量的传递，从而提高了导热石墨片在垂直于石墨层方向上的热导率，最终提高了石墨片的导热效率。
本发明与现有技术相比具有如下的优点：
1、设备简易，加工工艺简单，节约能源，生产环境较好。
2、明显提高了石墨片在垂直于石墨层方向上的热导率，最终提高了导热石墨片的导热效率30～50％。
附图说明：
图1为本发明的金刚石增强的高导热石墨烯片的结构简图，1为金刚石，2为石墨烯形成的片状结构。
具体实施方式
实施例1
取石墨烯3g，放入烧杯中，加入100ml去离子水，使用超声波处理10min，制备成石墨烯的悬浊液。在上述得到的石墨烯的悬浊液中加入0.1g粒径为5nm的金刚石，金刚石的体积为石墨烯体积的1％，使用超声波分散10min，超声频率为20KHz，使石墨烯充分分散，并使金刚石充分吸附到石墨烯上，对含有石墨烯、金刚石的悬浊液进行烘干，烘干温度为60℃，烘干后得到疏松的石墨块。
冷压上述得到的石墨块，使用腔体尺寸φ30的石墨模具，冷压压强为40MPa，保压时间为2min。通过冷压后，制备出密度为1.44g/cm3的高导热石墨烯片。如图1所示，金刚石1存在于石墨烯形成的片层状结构2中间。未加入金刚石的石墨片在垂直于石墨层方向上的热导率为10W/(m·K)，加入金刚石的石墨片在垂直于石墨层方向上的热导率为13W/(m·K)，热导率提高了30％。
实施例2
取石墨烯3g，放入烧杯中，加入150ml去离子水，使用超声处理20min，制备成石墨烯的悬浊液。在上述得到的石墨烯的悬浊液中加入1.5g100nm的金刚石，金刚石的体积为石墨烯体积的15％，使用超声波分散20min，超声频率为28KHz，使石墨烯充分分散，并使金刚石充分吸附到石墨烯上，对含有石墨烯、金刚石的悬浊液进行烘干，烘干温度为70℃，烘干后得到疏松的石墨块。
冷压上述得到的石墨块，使用腔体尺寸φ30的石墨模具，冷压压强为60Mpa，保压时间为6min。通过冷压后，制备出密度为1.59g/cm3的高导热石墨烯片，未加入金刚石的石墨片在垂直于石墨层方向上的热导率为15W/(m·K)，加入金刚石的石墨片在垂直于石墨层方向上的热导率为21W/(m·K)，热导率提高了40％。
实施例3
取石墨烯3g，放入烧杯中，加入200ml去离子水，使用超声处理30min，制备成石墨烯的悬浊液。在上述得到的石墨烯的悬浊液中加入3g50μm的金刚石，金刚石的体积为石墨烯体积的30％，使用超声波分散30min，超声频率为40KHz，使石墨烯充分分散，并使金刚石充分吸附到石墨烯上，对含有石墨烯、金刚石的悬浊液进行烘干，烘干温度为80℃，烘干后得到疏松的石墨块。
冷压上述得到的石墨块，使用腔体尺寸φ30的石墨模具，冷压压强为80MPa，保压时间为10min。通过冷压后，制备出密度为1.65g/cm3的高导热石墨烯片，未加入金刚石的石墨片在垂直于石墨层方向上的热导率为20W/(m·K)，加入金刚石的石墨片在垂直于石墨层方向上的热导率为30W/(m·K)，热导率提高了50％。

Claims (2)

1.一种金刚石增强的高导热石墨烯片，其特征在于：它是一种金刚石体积为石墨烯体积的1～30％，且金刚石存在于石墨烯形成的片层状结构中间的石墨烯导热片。
2.权利要求1所述的一种金刚石增强的高导热石墨片的制备方法，其特征在于：
(1)主要原料为石墨烯和粒径为5nm～50μm金刚石颗粒；
(2)将石墨烯放入容器中，加入去离子水，使用超声波处理10～30min，超声频率为20～40KHz，配制成石墨烯的悬浊液；
(3)在步骤(2)得到的石墨烯悬浊液中加入金刚石颗粒，金刚石的体积为石墨烯体积的1～30％，使用超声波分散处理，超声处理的时间为10～30min，超声频率为20～40KHz，使石墨烯充分分散，并使金刚石能够充分分散吸附到石墨烯上，制得石墨烯和金刚石的悬浊液；
(4)将步骤(3)制备的石墨烯和金刚石的悬浊液干燥，再冷压干燥后的石墨块，冷压的压强为40～80MPa，保压2～10min。
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