CN109722057A - 高热导率的石墨烯复合材料、制备方法及其制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微电子材料技术领域，具体涉及高热导率的石墨烯复合材料、制备方法及其制备装置。该石墨烯复合材料包括定向排列多层石墨烯有机混合物，相邻两层石墨烯中石墨烯纳米片排列方向垂直，所述定向排列多层石墨烯有机混合物由非氧化石墨烯层状堆叠体与热熔胶制备而成。本发明通过控制磁场和热场分布，制备基体内的石墨烯呈网状分布的材料，改变热量在材料内的传递路径，采用该方法制备的材料可大幅提高有机材料的导热速率。
Description
技术领域
本发明属于微电子材料技术领域，涉及定向石墨烯材料，具体涉及高热导率的石墨烯复合材料、制备方法及其制备装置。
背景技术
随着微电子集成与组装技术的飞速发展和电力电气绝缘领域对高电压的越来越高的要求以及其他相关领域的飞速发展，电子元器件和逻辑电路的体积成千万倍地缩小，而工作频率急剧增加，此时电子设备所产生的热量迅速积累和增加，工作环境温度也向高温方向迅速变化。为保证电子元器件长时间高可靠地正常工作，必须阻止工作温度的不断升高，因此及时散热能力就成为影响其使用寿命的重要因素，迫切需要研制高导热性能的材料。目前常用的导热材料大多为铜、铝等金属材料，近年来一些复合导热材料如导热塑料等由于其易塑性，重量轻，成本低以及高绝缘性等优点被尝试应用于LED以及锂电池散热等领域相关产品中。目前已公开的导热塑料相关专利大多以金属氧化物陶瓷粉体、碳纤维以及石墨作为掺杂物，由于其热导率小(氧化物陶瓷粉等体热导率小于100W/(m·K))，掺杂量受限(碳纤维和石墨掺杂量过高会导致提高其导电性能)等因素导致最终复合而成的导热塑料热导率不到10W/(m·K)。
石墨烯作为一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形蜂窝状晶格结构的二维晶体薄膜，仅有一个碳原子厚度，因其具有优异的物理及化学性能和潜在的应用而成为国内外研究的热点。其中石墨烯的面内热导率理论预测达到6000W/(m·K),是普通导热材料的10-20倍(常温热导率：铜393.6W/(m·K)；铝238.6W/(m·K))。因此石墨烯复合高分子导热材料可以实现极高的导热性能。如专利CN20141022171.9公开了一种绝缘导热塑料及其制备方法，采用将改性石墨烯加入塑料制备过程中，使的所得的石墨烯复合塑料具有良好的导热性能。但由于上述方法中所使用的石墨烯为氧化还原石墨烯粉体，具有大量的缺陷和未完全还原的-CO、-OH和-COOH等官能团，这些缺陷和官能团会大幅度影响石墨烯的晶格质量，降低面内声子传递速度增加了声子散射几率，从而大幅度的影响石墨烯的热导率。因此，此种方法所制备的石墨烯粉体面内热导率小于1000W/(m·K)，远小于其理论值。因此所复合得到的塑料的热导率也仅有10-20W/(m·K)。
为解决上述问题提高制备石墨烯的热导率，专利CN201410673428.2公开了一种石墨烯复合热导塑料及其制备方法，上述专利采用单一同位素13C通过镍催化制备出高质量具有高导热性的石墨烯材料，再与高分子机体，耦合剂和分散剂复合制备出具有一定热导性的石墨烯复合导热塑料。一方面采用化学气相沉积法制备的石墨烯具有产量低成本高的问题，另一方面更重要一个问题，石墨烯作为一种平面二维材料，其高热导率仅为面内热导率，而垂直于石墨烯面方向热导率极小不到10W/(m·K)，因此随机分布的石墨烯纳米片由于非基面方向热导率极小的原因，使得整体热导率会相互抑制并抵消，导致该方法所制备的石墨烯复合塑料并不能充分利用石墨烯高热导特性以至于其复合材料热导率受到大幅度限制。使得利用专利CN201410673428.2公开的技术方案所制备得到的石墨烯复合导热塑料热导率小于20W/(m·K)。专利CN201810662719.X公布了一种定向排列石墨烯超高热导率复合材料及其制备方法，上述专利制备的复合材料由非氧化还原的石墨烯纳米片、高分子基体、分散剂和耦合剂复合而成，并通过施加梯度磁场使石墨烯纳米片于高分子基体内部定向排列，所得的复合材料导热性能大幅高于其他掺杂以及其他普通石墨烯混合材料。由于二维石墨烯不能贯穿整个材料基体，使得热量的传递仍然以基体材料为主，其导热率仍低于45W/(m·K)。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出一种高热导率的石墨烯复合材料、制备方法及制备装置，通过控制磁场和热场分布，制备基体内的石墨烯呈网状分布的材料，改变热量在材料内的传递路径，采用该方法制备的材料可大幅提高有机材料的导热速率。
本发明是采用以下的技术方案实现的：
一种高热导率的石墨烯复合材料，包括定向排列多层石墨烯有机混合物，相邻两层石墨烯中石墨烯纳米片排列方向垂直；
所述定向排列多层石墨烯有机混合物由非氧化石墨烯层状堆叠体与热熔胶制备而成。
一种高热导率的石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高能态石墨鳞片分散于分散剂中，利用直接液相剥离法制备非氧化还原的石墨烯纳米片分散液；
(2)将步骤(1)制得的石墨烯纳米片分散液与热熔胶混合，搅拌均匀，脱气制得石墨烯有机混合物；
(3)将步骤(2)中制得的石墨烯有机混合物逐层固化，在固化过程中外加定向磁场，每层石墨烯有机混合物固化时磁场方向改变，使相邻两层固化混合物中石墨烯纳米片排列方向垂直；
(4)重复步骤(3)，制得内部石墨烯层间垂直排列的高热导率的石墨烯复合材料。
其中，所述步骤(1)中直接液相剥离法，包括以下步骤：
利用高能态石墨鳞片在微波的作用下发生层间膨胀，将获得的膨胀石墨和聚乙烯吡咯烷酮按照1:100的质量比，同时按照膨胀石墨和N-甲基吡咯烷酮质量体积比为1～2mg/L将两者混合；连续超声48～72个小时，静置过夜，次日取上层，在7000r/min下离心1小时，吸取清液后继续超声12小时，获得最终产物石墨烯纳米片分散液。
所述步骤(2)中石墨烯纳米片分散液与热熔胶的质量比为0.101:1。
所述步骤(2)中搅拌时间1～2小时，静置1～3小时脱除混合物中的气泡。
具体地，步骤(3)中石墨烯有机混合物逐层固化，固化过程具体包括以下步骤：在外加磁场调节下，容器中下层石墨烯有机混合物固化后形成定向排列多层石墨烯有机混合物，改变磁场方向，将表面重新熔化，覆盖石墨烯有机混合物，再次固化，形成内部石墨烯层间垂直排列的石墨烯有机混合物。
本发明还提供一种上述高热导率的石墨烯复合材料的制备装置，包括冷却部件、存储部件、加热控制部件和感应线圈；
所述冷却部件包括水冷坩埚、坩埚支撑板和支撑柱，支撑柱支撑坩埚支撑板，坩埚支撑板上放置有水冷坩埚；水冷坩埚壁为中空结构，水冷坩埚侧壁下部设有连通中空结构和大气的进水管和出水管；
所述存储部件包括容器和出料管道，出料管道上设置有流量控制计；出料管道的出口位于水冷坩埚上方；
所述加热控制部件包括流量控制计、控制器和激光发生器；控制器分别连接流量控制计和激光发生器；激光发生器位于水冷坩埚内腔中心的上方，激光发生器产生激光的激光辐射区域覆盖水冷坩埚的内腔空间；
所述感应线圈包括水平磁场感应线圈和垂直磁场感应线圈，垂直磁场感应线圈缠绕于水冷坩埚的侧壁，垂直磁场感应线圈的中轴线垂直于水冷坩埚的底壁；水平磁场感应线圈通过坩埚支撑板下方和加热控制部件上方缠绕水冷坩埚，水平磁场感应线圈的中轴线垂直于垂直磁场感应线圈的中轴线。
所述水冷坩埚为圆柱形，激光发生器距离水冷坩埚底部的距离与水冷坩埚底部直径比为10～20:24。
所述水冷坩埚底壁中空结构中设有螺旋冷却水路通道。
所述水冷坩埚内壁涂有氮化硅粉末。
本发明提出的高热导率的石墨烯复合材料、制备方法及制备装置，通过控制磁场和热场分布，制备基体内的石墨烯呈网状分布的材料，改变热量在材料内的传递路径，使其以网状的方式在材料内部传递，克服了由于二维石墨烯尺寸小而阻碍热量传递的缺点，从而制备超高热导率的复合材料，以满足高速发展的微电子领域。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
(1)本发明在通过设计的装置在材料内部添加二维石墨烯，并在定向磁场作用下使其定向排布，相对于传统材料，或内部含有非定向石墨烯的材料，本发明制备的材料大幅提高了导热性能，其导热能力可与金属相当；
(2)本发明以低功率激光为加热方式，采用定向固化的方式制备高导热率复合材料，方法简单，生产效率高；
(3)本发明方法和装置制备的材料内部，二维石墨烯定向排布并非完全一致，相邻两层的石墨烯排列方向垂直，石墨烯按照“竖直排布-水平排布-竖直排布-水平排布-竖直排布……”交替排布，由此形成一个石墨烯网络，相对于传统的定向排布石墨烯，热量会通过石墨烯网络进行传递，其导热性能大幅提升。
附图说明
图1是本发明一较佳实施方式中的制备装置使用状态示意图；
图中各标记如下：1容器、2石墨烯有机混合物、3流量控制计、4控制器、5激光发生器、6激光辐射区域、7水冷坩埚、8定向排列多层石墨烯有机混合物、9水平磁场感应线圈、10垂直磁场感应线圈、11进水管、12出水管、13支撑柱、14螺旋冷却水路通道、15坩埚支撑板、16出料管道。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，均采用分析纯试剂，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例：
如图1所示，为本实施例的高热导率的石墨烯复合材料的制备装置，包括：冷却部件、存储部件、加热控制部件和感应线圈；
所述冷却部件包括水冷坩埚7、坩埚支撑板15和支撑柱13，支撑柱13支撑坩埚支撑板15，坩埚支撑板15上放置有水冷坩埚7；水冷坩埚7壁为中空结构，水冷坩埚7侧壁下部设有连通中空结构和大气的进水管11和出水管12；
所述存储部件包括容器1和出料管道16，出料管道16上设置有流量控制计3；出料管道16的出口位于水冷坩埚7内腔上方；
所述加热控制部件包括流量控制计3、控制器4和激光发生器5；控制器4分别连接流量控制计3和激光发生器5；激光发生器5位于水冷坩埚7内腔中心的上方，激光发生器5产生激光的激光辐射区域6覆盖水冷坩埚7的内腔；
所述感应线圈包括水平磁场感应线圈9和垂直磁场感应线圈10，垂直磁场感应线圈10缠绕于水冷坩埚7的侧壁，垂直磁场感应线圈10的中轴线垂直于水冷坩埚7的底壁；水平磁场感应线圈9通过坩埚支撑板15下方和加热控制部件上方缠绕水冷坩埚7，水平磁场感应线圈9的中轴线垂直于垂直磁场感应线圈10的中轴线。
所述水冷坩埚7为圆柱形，激光发生器5距离水冷坩埚7底部的距离与水冷坩埚7底部直径比为10～20:24。
水冷坩埚7底壁中空结构中设有螺旋冷却水路通道14。
所述水冷坩埚7内壁涂有氮化硅粉末。
本实施例的高热导率的石墨烯复合材料的制备方法基于图1所示的制备装置，包括以下步骤：
(1)利用高能态石墨鳞片在微波的作用下发生层间膨胀，将获得的膨胀石墨和聚乙烯吡咯烷酮按照1:100的质量比，同时按照膨胀石墨和N-甲基吡咯烷酮质量(mg)/体积(ml)比为1～2:1000将两者混合。连续超生48～72个小时，静置过夜，次日取上层，在7000rpm下离心1小时，吸取清液后继续超生12小时，获得最终产物石墨烯纳米片分散液。
(2)将步骤(1)制得的石墨烯纳米片分散液与热熔胶按质量比0.101:1混合，搅拌均匀，搅拌时间1～2小时，静置1～3小时脱除混合物中的气泡。
(3)将混合均匀的石墨烯有机混合物2装入容器1中，给控制器4预设定程序，控制流量控制机3和激光发生器5相匹配，其中激光发生器的最大功率为5kW。
(4)接通垂直磁场感应线圈10，使得水冷坩埚7的区域内分布竖直方向的磁场，磁场强度控制在0.5～5T，控制器4通过预设定程序控制流量控制计3将100份混合均匀的石墨烯有机混合物2转移到水冷坩埚7里，通过控制器4控制激光发生器5的功率为2～5kW维持石墨烯有机混合物2为液体(非凝固态)，激光发生器5在1kW条件下可使得100mL有机混合物保持液态，激光发生器5在5kW条件下可使得700mL有机混合物保持液态。在垂直磁场的作用下，石墨烯有机溶剂2内石墨烯沿垂直坩埚底壁方向定向排布，逐渐降低激光发生器5的功率，同时向水冷坩埚7中注入冷却水，直至石墨烯有机混合物2在循环水冷的作用下发生完全固化。
(5)断开垂直磁场感应线圈10，接通水平磁场感应线圈9，使得水冷坩埚7的区域内分布水平方向的磁场，磁场强度控制在0.5～5T，瞬间加大激光发生器5的功率到5kW，将已固化的定向排列多层石墨烯有机混合物8重新熔化，将先后固化的两层有机溶剂成为一体，避免固化层之间出现断裂现象，重熔的固化有机溶剂控制在1份左右。
(6)控制器4通过预设定程序控制流量控制计3将1～3份混合均匀的石墨烯有机混合物2转移到水冷坩埚7里，混合物与重熔化的定向排列多层石墨烯有机混合物8混合，并在后者表面均匀摊开，通过控制器4控制激光发生器的功率为1～2kW维持新转移的石墨烯有机混合物2为液体(非凝固态)，在水平磁场的作用下，石墨烯有机混合物2内石墨烯沿水平方向定向排布，逐渐降低激光发生器5的功率，直至石墨烯有机混合物2在循环水冷的作用下发生完全固化；至此，就形成了一层内部石墨烯呈竖直排布的高分子材料和一层内部石墨烯呈水平排布的高分子材料。
(7)重复步骤(5)、(6)，即可得到内部具有网状石墨烯结构的高热导率的石墨烯复合材料。
下面通过四个具体的实施例来对本实施例进行详细说明。
实施例1
水冷坩埚形状为圆形，直径为48cm，材质为纯铜，坩埚内涂氮化硅粉末。
步骤(1)中高能态石墨鳞片、聚乙烯吡咯烷酮溶于N-甲基吡咯烷酮，石墨烯浓度和聚乙烯吡咯烷酮分别为1mg/L、100mg/mL。步骤(2)中石墨烯纳米片分散液与热熔胶混合，两者的质量百分比分别为0.101:1，搅拌1小时并静止1.5小时脱气。步骤(3)将混合均匀的石墨烯有机混合物装入容器中。步骤(4)中垂直磁场强度为1.0T，向水冷坩埚中加入50mL石墨烯有机混合物，控制激光发生器距离液面20cm，控制激光发生器功率1kW，时间2min，降低速率0.2kW/min，冷凝水的通入时间10min。步骤(5)中关闭垂直磁场，施加水平磁场，磁场强度1.0T，控制激光发生器功率为0.12kW，时间10s。步骤(6)中向水冷坩埚中加入1mL石墨烯有机混合物，控制激光发生器距离液面20cm，控制激光发生器功率0.05kW，时间2min，降低速率0.05kW/s，冷凝水的通入时间2min。步骤(7)中重复步骤(5)和步骤(6)4次，至此，就形成了一层内部石墨烯呈竖直排布的高分子材料和一层内部石墨烯呈水平排布的高分子材料。
对制备的材料进行测试，测试仪器为TC3000E便携式导热系数仪，购于西安夏溪电子科技有限公司，对高分子材料的两面之间对导热率进行测试，热导率为75.2W/(m·K)。
实施例2
水冷坩埚形状为圆形，直径为48cm，材质为纯铜，坩埚内涂氮化硅粉末。
步骤(1)中高能态石墨鳞片、聚乙烯吡咯烷酮溶于N-甲基吡咯烷酮，石墨烯浓度和聚乙烯吡咯烷酮分别为1.5mg/L、150mg/mL。步骤(2)中石墨烯纳米片分散液与热熔胶混合，两者的质量百分比分别为0.101:1，搅拌1小时并静止1.5小时脱气。步骤(3)将混合均匀的石墨烯有机混合物装入容器中。步骤(4)中垂直磁场强度为1.0T，向水冷坩埚中加入50ml石墨烯有机混合物，控制激光发生器距离液面20cm，控制激光发生器功率1kW，时间2min，降低速率0.2kW/min，冷凝水的通入时间10min。步骤(5)中关闭垂直磁场，施加水平磁场，磁场强度1.0T，控制激光发生器功率为0.12kW，时间10s。步骤(6)中向水冷坩埚中加入1ml石墨烯有机混合物，控制激光发生器距离液面20cm，控制激光发生器功率0.05kW，时间2min，降低速率0.05kW/s，冷凝水的通入时间2min。步骤(7)中重复步骤(5)和步骤(6)4次，至此，就形成了一层内部石墨烯呈竖直排布的高分子材料和一层内部石墨烯呈水平排布的高分子材料。
对制备的材料进行测试，测试仪器为TC3000E便携式导热系数仪，购于西安夏溪电子科技有限公司，对高分子材料的两面之间对导热率进行测试，热导率为88.2W/(m·K)。
实施例3
水冷坩埚形状为圆形，直径为48cm，材质为纯铜，坩埚内涂氮化硅粉末。
步骤(1)中高能态石墨鳞片、聚乙烯吡咯烷酮溶于N-甲基吡咯烷酮，石墨烯浓度和聚乙烯吡咯烷酮分别为2mg/L、200mg/mL。步骤(2)中石墨烯纳米片分散液与热熔胶混合，两者的质量百分比分别为0.101:1，搅拌1小时并静止1.5小时脱气。步骤(3)将混合均匀的石墨烯有机混合物装入容器中。步骤(4)中垂直磁场强度为1.0T，向水冷坩埚中加入80ml石墨烯有机混合物，控制激光发生器距离液面20cm，控制激光发生器功率1.5kW，时间3min，降低速率0.2kW/min，冷凝水的通入时间10min。步骤(5)中关闭垂直磁场，施加水平磁场，磁场强度1.0T，控制激光发生器功率为0.12kW，时间10s。步骤(6)中向水冷坩埚中加入1ml石墨烯有机混合物，控制激光发生器距离液面20cm，控制激光发生器功率0.05kW，时间2min，降低速率0.05kW/s，冷凝水的通入时间2min。步骤(7)中重复步骤(5)和步骤(6)5次，至此，就形成了一层内部石墨烯呈竖直排布的高分子材料和一层内部石墨烯呈水平排布的高分子材料。
对制备的材料进行测试，测试仪器为TC3000E便携式导热系数仪，购于西安夏溪电子科技有限公司，对高分子材料的两面之间对导热率进行测试，热导率为58.2W/(m·K)。
实施例4
水冷坩埚形状为圆形，直径为48cm，材质为纯铜，坩埚内涂氮化硅粉末。
步骤(1)中高能态石墨鳞片、聚乙烯吡咯烷酮溶于N-甲基吡咯烷酮，石墨烯浓度和聚乙烯吡咯烷酮分别为1mg/L、100mg/mL。步骤(2)中石墨烯纳米片分散液与热熔胶混合，两者的质量百分比分别为0.101:1，搅拌1小时并静止1.5小时脱气。步骤(3)将混合均匀的石墨烯有机混合物装入容器中。步骤(4)中垂直磁场强度为1.0T，向水冷坩埚中加入100mL石墨烯有机混合物，控制激光发生器距离液面20cm，控制激光发生器功率2kW，时间5min，降低速率0.2kW/min，冷凝水的通入时间10min。步骤(5)中关闭垂直磁场，施加水平磁场，磁场强度1.0T，控制激光发生器功率为0.12kW，时间10s。步骤(6)中向水冷坩埚中加入1ml石墨烯有机混合物，控制激光发生器距离液面20cm，，控制激光发生器功率0.05kW，时间2min，降低速率0.05kW/s，冷凝水的通入时间2min。步骤(7)中重复步骤(5)和步骤(6)3次，至此，就形成了一层内部石墨烯呈竖直排布的高分子材料和一层内部石墨烯呈水平排布的高分子材料。
对制备的材料进行测试，测试仪器为TC3000E便携式导热系数仪，购于西安夏溪电子科技有限公司，对高分子材料的两面之间对导热率进行测试，热导率为64.2W/(m·K)。
对比例1
参照实施例1的制备装置和制备方法，制备未加石墨烯的热熔胶，对获得的材料进行测试，其热导率为14.8W/(m·K)。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种高热导率的石墨烯复合材料，其特征在于，包括定向排列多层石墨烯有机混合物，相邻两层石墨烯中石墨烯纳米片排列方向垂直；
所述定向排列多层石墨烯有机混合物由非氧化石墨烯层状堆叠体与热熔胶制备而成。
2.一种高热导率的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将高能态石墨鳞片分散于分散剂中，利用直接液相剥离法制备非氧化还原的石墨烯纳米片分散液；
(2)将步骤(1)制得的石墨烯纳米片分散液与热熔胶混合，搅拌均匀，脱气制得石墨烯有机混合物；
(3)将步骤(2)中制得的石墨烯有机混合物逐层固化，在固化过程中外加定向磁场，每层石墨烯有机混合物固化时磁场方向改变，使相邻两层固化混合物中石墨烯纳米片排列方向垂直；
(4)重复步骤(3)，制得内部石墨烯层间垂直排列的高热导率的石墨烯复合材料。
3.根据权利要求2所述的高热导率的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中直接液相剥离法，包括以下步骤：
利用高能态石墨鳞片在微波的作用下发生层间膨胀，将获得的膨胀石墨和聚乙烯吡咯烷酮按照1:100的质量比，同时按照膨胀石墨和N-甲基吡咯烷酮质量体积比为1～2mg/L将两者混合；连续超声48～72个小时，静置过夜，次日取上层，在7000r/min下离心1小时，吸取清液后继续超声12小时，获得最终产物石墨烯纳米片分散液。
4.根据权利要求2所述的高热导率的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中石墨烯纳米片分散液与热熔胶的质量比为0.101:1。
5.根据权利要求2所述的高热导率的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中搅拌时间1～2小时，静置1～3小时脱除混合物中的气泡。
6.根据权利要求2所述的高热导率的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中石墨烯有机混合物逐层固化，固化过程具体包括以下步骤：在外加磁场调节下，容器中下层石墨烯有机混合物固化后形成定向排列多层石墨烯有机混合物，改变磁场方向，将表面重新熔化，覆盖石墨烯有机混合物，再次固化，形成内部石墨烯层间垂直排列的石墨烯有机混合物。
7.一种高热导率的石墨烯复合材料的制备装置，其特征在于，包括冷却部件、存储部件、加热控制部件和感应线圈；
所述冷却部件包括水冷坩埚(7)、坩埚支撑板(15)和支撑柱(13)，支撑柱(13)支撑坩埚支撑板(15)，坩埚支撑板(15)上放置有水冷坩埚(7)；水冷坩埚(7)壁为中空结构，水冷坩埚(7)侧壁下部设有连通中空结构和大气的进水管(11)和出水管(12)；
所述存储部件包括容器(1)和出料管道(16)，出料管道(16)上设置有流量控制计(3)；出料管道(16)的出口位于水冷坩埚(7)上方；
所述加热控制部件包括流量控制计(3)、控制器(4)和激光发生器(5)；控制器(4)分别连接流量控制计(3)和激光发生器(5)；激光发生器(5)位于水冷坩埚(7)内腔中心的上方，激光发生器(5)产生激光的激光辐射区域(6)覆盖水冷坩埚(7)的内腔空间；
所述感应线圈包括水平磁场感应线圈(9)和垂直磁场感应线圈(10)，垂直磁场感应线圈(10)缠绕于水冷坩埚(7)的侧壁，垂直磁场感应线圈(10)的中轴线垂直于水冷坩埚(7)的底壁；水平磁场感应线圈(9)通过坩埚支撑板(15)下方和加热控制部件上方缠绕水冷坩埚(7)，水平磁场感应线圈(9)的中轴线垂直于垂直磁场感应线圈(10)的中轴线。
8.根据权利要求7所述的高热导率的石墨烯复合材料的制备装置，其特征在于，所述水冷坩埚(7)为圆柱形，激光发生器(5)距离水冷坩埚(7)底部的距离与水冷坩埚(7)底部直径比为10～20:24。
9.根据权利要求8所述的高热导率的石墨烯复合材料的制备装置，其特征在于，所述水冷坩埚(7)底壁中空结构中设有螺旋冷却水路通道(14)。
10.根据权利要求8所述的高热导率的石墨烯复合材料的制备装置，其特征在于，所述水冷坩埚(7)内壁涂有氮化硅粉末。
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