CN107651671A - 一种催化石墨化的方法以及一种超柔性高导热石墨烯膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种催化石墨化的方法以及利用该该方法制备高导热石墨烯膜，该石墨烯膜由超大片均匀氧化石墨烯经过溶液成膜、化学还原、高温压力还原步骤得到。其石墨烯片层结构完美，片层晶区极大(100um左右)并极少含有缺陷，层间结晶厚度大，结构密实，具有超高的导电性和导热性。此石墨烯膜导电率为8000‑10600S/cm，热导率为1800‑2600W/mK，可用作导热导电器件。

Description

一种催化石墨化的方法以及一种超柔性高导热石墨烯膜的制 备方法
技术领域
本发明涉及新型导热材料及其制备方法，尤其涉及一种催化石墨化的方法以及一种超柔性高导热石墨烯膜的制备方法。
背景技术
2010年，英国曼彻斯特大学的两位教授Andre GeiM和Konstantin Novoselov因为首次成功分离出稳定的石墨烯获得诺贝尔物理学奖，掀起了全世界对石墨烯研究的热潮。石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×105cM2/Vs)，突出的导热性能(5000W/(MK)，超常的比表面积(2630M2/g)，其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)。石墨烯优异的导电导热性能完全超过金属，同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点，而其良好的机械性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。
宏观组装氧化石墨烯或者石墨烯纳米片的石墨烯膜是纳米级石墨烯的主要应用形式，常用的制备方法是抽滤法、刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法等。通过进一步的高温处理，能够修补石墨烯的缺陷，能够有效的提高石墨烯膜的导电性和热导性，可以广泛应用于智能手机、智能随身硬件、平板电脑、笔记本电脑等高散热需求随身电子设备中去。
石墨化处理可修复石墨烯材料的缺陷，使之导电导热性能得到大幅度提升，然而，石墨化处理的要求苛刻，往往需要2500摄氏度以上的高温处理。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种催化石墨化的方法以及一种超柔性高导热石墨烯膜的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种催化石墨化的方法，该方法通过分散于石墨烯片层中的催化剂实现，负载有催化剂的石墨烯高温高压下发生石墨化，所述催化剂选自可溶性铝盐，硅盐，硼化物，镍盐，镁盐，钙盐等，石墨化的条件为1600-2000℃，20-60MPa。
一种高导热石墨烯薄膜的制备方法，包含如下步骤：
(1)将平均尺寸大于100μm的氧化石墨烯配制成浓度为6～30mg/mL氧化石墨烯水溶液，在溶液中加入质量分数0.1-5％的催化剂(即催化剂在溶液中的质量分数为0.1-5％)；超声分散后，倒在模具板上烘干成氧化石墨烯膜，然后用还原剂进行还原；
(2)将还原后的石墨烯薄膜在空气氛围下先以不高于10℃/min的速率升温到300-400℃，保温0.5-2h；
(3)在惰性气体氛围下以不高于10℃/min的速率升温到1600-2000℃，保持压力20-60MPa,保温3h以上；
(4)将石墨烯薄膜在高压下压制得高导热石墨烯膜。
进一步的，所述的催化剂选自可溶性铝盐，硅盐，硼化物，镍盐，镁盐，钙盐等。
进一步的，所述的还原剂包含水合肼、胺类、抗坏血酸、碘化氢。
进一步的，所述步骤4中压制的压力为300MPa。
本发明的有益效果在于：本发明通过引入金属催化剂，在较低温度下实现碳原子的迁移，极大的加速石墨烯结构的修复；另一方面，通过设定石墨化的环境压力，封闭了碳原子的活动空间，避免了金属离子对于石墨烯的刻蚀。
附图说明
图1为实施例1制得的石墨烯膜的扫描电镜图；
图2为实施例1制得的石墨烯的拉曼图；
图3为实施例2制得的石墨烯膜的扫描电镜图；
图4为实施例2制得的石墨烯的拉曼图。
具体实施方式
实施例1
(1)将平均尺寸大于100μm的氧化石墨烯配制成浓度为6mg/mL氧化石墨烯水溶液，在溶液中加入质量分数0.1％的氯化钙(即氯化钙在溶液中的质量分数为0.1％)；超声分散后，倒在模具板上烘干成氧化石墨烯膜，然后用水合肼进行还原；
(2)将还原后的石墨烯薄膜在空气氛围下先以0.1℃/min的速率升温到300℃，保温0.5h；
(3)在惰性气体氛围下以10℃/min的速率升温到2000℃，保持压力20MPa,保温3h；
(4)将石墨烯薄膜在300MPa下压制得高导热石墨烯膜.
图1为制得的石墨烯膜表面扫描图，可以看出，石墨烯未被刻蚀，图2为石墨烯的拉曼图，可以看出，完成石墨化，经测试，其导热率为1800W/mK。
实施例2
(1)将平均尺寸大于100μm的氧化石墨烯配制成浓度为30mg/mL氧化石墨烯水溶液，在溶液中加入质量分数5％的氯化钙(即氯化钙在溶液中的质量分数为5％)；超声分散后，倒在模具板上烘干成氧化石墨烯膜，然后用水合肼进行还原；
(2)将还原后的石墨烯薄膜在空气氛围下先以10℃/min的速率升温到400℃，保温2h；
(3)在惰性气体氛围下以10℃/min的速率升温到1600℃，保持压力60MPa,保温12h；
(4)将石墨烯薄膜在300MPa下压制得高导热石墨烯膜.
图3为制得的石墨烯膜的扫描电镜图，可以看出，石墨烯未被刻蚀，图4为石墨烯的拉曼图，可以看出，完成石墨化，经测试，其导热率1910W/mK。

Claims (5)

1.一种催化石墨化的方法，其特征在于，该方法通过分散于石墨烯片层中的催化剂实现，负载有催化剂的石墨烯高温高压下发生石墨化，所述催化剂选自可溶性铝盐，硅盐，硼化物，镍盐，镁盐，钙盐等，石墨化的条件为1600-2000℃，20-60MPa。
2.一种高导热石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)将平均尺寸大于100μm的氧化石墨烯配制成浓度为6～30mg/mL氧化石墨烯水溶液，在溶液中加入质量分数0.1-5％的催化剂(即催化剂在溶液中的质量分数为0.1-5％)；超声分散后，倒在模具板上烘干成氧化石墨烯膜，然后用还原剂进行还原；
(2)将还原后的石墨烯薄膜在空气氛围下先以不高于10℃/min的速率升温到300-400℃，保温0.5-2h；
(3)在惰性气体氛围下以不高于10℃/min的速率升温到1600-2000℃，保持压力20-60MPa,保温3h以上；
(4)将石墨烯薄膜在高压下压制得高导热石墨烯膜。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的催化剂选自可溶性铝盐，硅盐，硼化物，镍盐，镁盐，钙盐等。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的还原剂包含水合肼、胺类、抗坏血酸、碘化氢。
5.根据权利2所述的方法，其特征在于，所述步骤4中压制的压力为300MPa。
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