CN110483005A - 石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜及其制备方法与应用 - Google Patents

石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯‑碳纳米管薄膜复合薄膜及其制备方法与应用。所述石墨烯‑碳纳米管薄膜复合薄膜包括沿厚度方向依次层叠设置的石墨烯薄膜层和碳纳米管薄膜层，所述石墨烯薄膜层由多层石墨烯组成。所述制备方法包括：通过对碳纳米管薄膜的表面修饰复合一层氧化石墨烯层，得到氧化石墨烯‑碳纳米管薄膜复合薄膜，在保护性气氛中对其依次进行炭化处理及石墨化处理，制得主要由碳纳米管与石墨烯组成的轻质柔性高导热高导电石墨烯‑碳纳米管薄膜复合薄膜。本发明的复合薄膜具有优异的导热性能和机械性能，面内热导率在150W/m K以上，密度在0.5g/cm3以下，力学性能提高为碳纳米管薄膜的3‑5倍，同时又具有很好的电导率。

Description

石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及石墨烯/碳纳米管薄膜复合材料领域，尤其涉及一种轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜及其制备方法与应用。
背景技术
随着高集成，高功率电子器件的飞速发展，电子设备尺寸日益小型化，元器件功率密度的不断提高，这些电子产品在运行的过程中不可避免的会产生大量的热量，如果这些热量得不到及时的散失会极大的影响这些电子产品的寿命，影响人们的日常使用。因此，人们对快速发展高导热先进材料的需求不断地增加，对散热材料提出了更高的要求。传统金属材料虽然柔韧性良好，但是密度大、导热率低，在使用的过程中不能及时有效的将热量进行散失，同时不具备轻质的优势，在使用的过程中会大大的加重电子产品的质量，影响人们的使用，已经不能满足人们对于轻质高导热材料的需求。石墨烯，一种新型的二维材料，具有优异的电化学性能，力学性能和热学性能，单层石墨烯在室温下的热导率高达5300W m- 1k-1，碳纳米管作为一种特殊的一维材料，同样具有极高的热导率。实验表明，单根单壁碳纳米管在室温下的热导率高达6000W/(m·K)，而单根多壁碳纳米管在室温下的热导率也高达3000W/(m·K)。同时，碳纳米管和石墨烯作为新型的一维和二维材料具有轻质低密度的有点，在轻质材料的应用方面具有很大的优势。因此，通过碳纳米管和石墨烯等纳米碳材料的复合制备轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜，在推进纳米碳材料在轻质柔性高导热高导电材料方面的应用具有很好的前景。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
本发明的另一目的在于提供所述石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜，所述复合薄膜包括沿厚度方向依次层叠设置的石墨烯薄膜层和碳纳米管薄膜层，其中，所述石墨烯薄膜层由多层石墨烯组成，所述石墨烯薄膜层的厚度为1～5μm，所述碳纳米管薄膜层的厚度为8～12μm。
进一步地，所述石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的面内热导率在150W/m K以上，密度在0.5g/cm3以下，电导率为104～106S/m，力学性能为原始碳纳米管薄膜的3～5倍，优选为20～80Mpa，断裂伸长率为1～5％。
本发明实施例还提供了一种石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的制备方法，其包括如下步骤：
提供碳纳米管薄膜和氧化石墨烯分散液；
使所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯形成于碳纳米管薄膜上，得到氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜；
在保护性气氛中对所述氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜依次进行炭化处理及石墨化处理，制得主要由碳纳米管与石墨烯组成的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
本发明实施例还提供了前述的石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜于制备轻质、柔性、高导热、高导电材料领域中的应用。
相应的，本发明实施例还提供了一种高导热材料，其包含前述的石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：
1)本发明通过在原始碳纳米管薄膜表面复合一层氧化石墨烯薄膜，并进行炭化石墨化处理以后得到石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜，通过对碳纳米管薄膜的表面改性获得的复合薄膜具有很好的热学性能，面内热导率可达到150W/m K以上，同时由于石墨烯在碳纳米管薄膜表面的复合使得其力学性能有一个较好的提升，原始的碳纳米管薄膜的力学强度在10Mpa左右，当进行复合10mL石墨烯以后其力学性能达到80Mpa，随着复合体积的增加其力学性能有所降低，但是其断裂伸长率在提升，这主要是由于石墨烯片层褶皱的存在导致的，并且，炭化石墨化处理以后的石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的电学性能也高于氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的电导率；
2)本发明通过简单的成膜方式在碳纳米管薄膜的表面复合一层氧化石墨烯后进行炭化、石墨化处理可以获得一个两层结构，一层是石墨烯薄膜层，另一层是碳纳米管薄膜层，其中石墨烯薄膜层由多层石墨烯组成。由于这样的两层结构的存在导致石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜既保持了碳纳米管薄膜很好的力学性能，同时又保持了石墨烯很好的热学性能，该复合薄膜的面内热导率在150W/m K以上，密度在0.5g/cm3以下，其力学性能提高为单纯的石墨烯薄膜的3-5倍，两层复合材料结合了两种材料的优点，这为轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜提供了很好的结构基础。本发明相较于传统的金属导热材料具有轻质高导热等优势，同时又具有很好的电导率，为纳米碳材料在轻质柔性高导热高导电领域的发展提供了很好的研究基础；
3)本发明采用的是碳纳米管薄膜，而非分散以后的碳纳米管的分散液，可以允许水分子通过，有几百纳米的孔径，通过真空抽滤设备使得水分子通过，在该碳纳米管薄膜的表面抽滤一层氧化石墨烯获得表面修饰的碳纳米管薄膜，同时，本发明中不存在两种溶液的混合，仅仅是对碳纳米管薄膜的表面修饰，本发明的结构是碳纳米管薄膜层位于下层而石墨烯薄膜层位于上层，其导热性能和力学性能的提升主要是由于碳纳米管薄膜表面几微米的石墨烯薄膜层的存在，石墨烯的存在使得修饰以后的碳纳米管薄膜具有较好的热导率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的结构示意图。
图2是本发明实施例1制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的力学性能示意图。
图3是本发明实施例1制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的热导率示意图。
图4是本发明实施例1制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的SEM图。
图5a、图5b分别是原始的碳纳米管薄膜与本发明实施例1制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜进行激光导热仪LFA447测试后的光学照片。
图6a、图6b分别是对照例3中所制备的复合薄膜与本发明实施例1制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的光学照片。
图7是本发明实施例1制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜(右)与对照例3中所制备的复合薄膜(左)的红外热成像图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足及碳纳米管和石墨烯具有的特点，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，旨在提供一种轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的制备方法。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明的创新性主要在于：本发明的原始碳纳米管薄膜具有几百纳米的孔径可以允许水分子通过，同时通过在表面复合一层氧化石墨烯薄膜进行炭化石墨化处理以后得到石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜，通过对碳纳米管薄膜的表面改性获得的复合薄膜具有很好的热学性能，同时由于石墨烯在碳纳米管薄膜表面的复合使得其力学性能有一个较好的提升，原始的碳纳米管薄膜的力学强度在10Mpa左右，当进行复合10mL石墨烯以后其力学性能达到80Mpa，随着复合体积的增加其力学性能有所降低，但是其断裂伸长率在提升，这主要是由于石墨烯片层褶皱的存在导致的。电学性能方面，氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的电导率相对低于炭化石墨化处理以后的石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。由于这样的两层结构的存在导致石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜既保持了碳纳米管薄膜很好的力学性能，同时又保持了石墨烯很好的热学性能，石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜，该复合薄膜的面内热导率在150W/m K以上，密度在0.5g/cm3以下，其力学性能提高为单纯的石墨烯薄膜的3-5倍。两层复合材料结合了两种材料的优点，这为轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜提供了很好的结构基础。
本发明的复合薄膜主要是强调其热学性能即其热导率的数值，本案发明人通过在原始的碳纳米管薄膜的表面通过真空抽滤的方法获得一层复合结构，即原始的碳纳米管薄膜具有过滤的作用可以使得水分子通过(碳纳米管薄膜具有过滤作用)，同时获得这样的复合结构通过炭化石墨化的高温处理可以获得具有很好的热导率的石墨烯-碳纳米管复合薄膜薄膜，通过对碳纳米管薄膜表面进行简单的复合一层薄薄的几微米的石墨烯以后其热学性能可以达到150W/m K。
本发明将氧化石墨烯-碳纳米管薄膜(GO/CNT film)复合薄膜进行炭化和石墨化的处理后，使得氧化石墨烯(GO)还原为石墨烯，可以获得更高的导电性，因为原始的氧化石墨烯导电性非常的差，而石墨化处理以后的石墨烯的导电性很好。同时，通过简单的成膜方式在碳纳米管薄膜(CNT film)的表面复合一层氧化石墨烯后进行炭化、石墨化处理可以获得一个两层结构，一层是石墨烯薄膜层，另一层是碳纳米管薄膜层，其中石墨烯薄膜层由多层石墨烯组成，所述石墨烯薄膜层厚度为1-5μm，而碳纳米管薄膜层厚度为8-12μm。由于这样的两层结构的存在导致石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜既保持了碳纳米管薄膜很好的力学性能，同时又保持了石墨烯很好的热学性能，两层复合材料结合了两种材料的优点，这为轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜提供了很好的结构基础。本发明相较于传统的金属导热材料具有轻质高导热等优势，同时又具有很好的电导率，为纳米碳材料在轻质柔性高导热高导电领域的发展提供了很好的研究基础。
首先需说明的是，本发明说明书中述及的术语的释义均是本领域技术人员所知悉的。例如，其中一些术语的定义如下：
1.GO：氧化石墨烯(graphene oxide)是石墨烯的氧化物。
2.CNT：碳纳米管(Carbon Nanotube)。
本发明实施例的一个方面提供的一种石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜，请参阅图1所示，所述复合薄膜包括沿厚度方向依次层叠设置的石墨烯薄膜层和碳纳米管薄膜层，其中，所述石墨烯薄膜层由多层石墨烯组成，所述石墨烯薄膜层的厚度为1～5μm，所述碳纳米管薄膜层的厚度为8～12μm。
进一步地，所述轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜包括两个复合单元，所述复合单元依次铺层，所述复合单元包括石墨烯薄膜层和碳纳米管薄膜层。
在一些实施方案中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管(SWCNT)、多壁碳纳米管等，但不限于此。
进一步地，所述石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的面内热导率在150W/m K以上，密度在0.5g/cm3以下，电导率为104～106S/m，力学性能为原始碳纳米管薄膜的3～5倍，优选为20～80Mpa，断裂伸长率为1～5％。
本发明实施例的另一个方面提供了一种石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的制备方法，其包括如下步骤：
提供碳纳米管薄膜和氧化石墨烯分散液；
使所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯形成于碳纳米管薄膜上，得到氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜；
在保护性气氛中对所述氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜依次进行炭化处理及石墨化处理，制得主要由碳纳米管与还原氧化石墨烯组成的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
在一些实施方案中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1～5mg/mL。
进一步地，所述氧化石墨烯分散液包括氧化石墨烯和水。
在一些实施方案中，所述制备方法包括：至少采用蒸发诱导自组装方法、真空抽滤方法、离心浇注方法中的任一种方式对所述的氧化石墨烯分散液进行成膜处理，从而在碳纳米管薄膜表面复合形成氧化石墨烯薄膜，获得氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
进一步地，所述碳纳米管薄膜是本案发明人自制的，其厚度在8-12μm，密度在0.3-0.6g/cm3。
进一步地，所述氧化石墨烯分散液与碳纳米管薄膜的质量体积比为10～50mL：10～20mg。
更具体地，本案发明人采用激光切割机将该薄膜切成直径为6cm的圆，该圆的质量差不多在10～20mg之间，然后在该薄膜的表面通过真空抽滤的方法复合一层氧化石墨烯层，所采用的的氧化石墨烯的量为10～50mL，浓度为0.1～5mg/mL。
进一步地，所述制备方法包括：采用现有的成熟的合成氧化石墨烯的方法包括Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法中的任一种合成所述氧化石墨烯。
在一些实施方案中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管(SWCNT)、多壁碳纳米管等，但不限于此。
在一些实施方案中，所述的炭化处理包括：在保护性气氛中，采用1℃/min～5℃/min的升温速率使所述氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜从室温升温至炭化温度，所述炭化温度为300℃～1400℃。
进一步地，所述炭化处理的保温时间为10～120min。
进一步地，进行所述炭化处理采用的设备可以为管式CVD炉或马弗炉，但不限于此。
在一些实施方案中，所述制备方法包括：在保护性气氛中，将经炭化处理的氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜置入高温石墨化炉中，进行所述的石墨化处理。本发明应尽量控制炭化和石墨化过程中的升温速率，使得氧化石墨烯的热膨胀发生在一个较为缓慢的过程中，可将石墨烯片层之间的距离控制在一个较小的范围内，从而减少空气热阻的存在，有利于本发明复合薄膜结构的形成，同时该复合薄膜的结构可以很好的提升原始碳纳米管薄膜的热导率，如图1所示，碳纳米管薄膜层位于下层而石墨烯薄膜层位于上层。
进一步地，所述石墨化处理的温度为2600～3000℃。
进一步地，所述石墨化处理的时间可以为30min～240min。
进一步地，所述保护性气氛包括氮气气氛、惰性气体(例如氩气)气氛中的任意一种或两种的组合，但不限于此。
在一些更为典型的具体实施案例之中，本发明的一种轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的制备方法包括如下步骤：
步骤1，采用Hummers法进行氧化石墨烯(GO)的合成，将GO溶液稀释至一定浓度备用，其溶剂为水溶液，得到GO分散液。
步骤2，将不同体积的GO分散液通过不同的成膜方法进行GO/CNT薄膜复合薄膜的制备。其中，GO分散液与碳纳米管薄膜进行复合时所用的体积为10mL-50mL。
步骤3，采用管式CVD炉对GO/CNT薄膜复合薄膜进行炭化处理，所采用的气体环境是惰性气体，从室温采用1℃/min～5℃/min的升温速率升温至炭化温度300℃～1400℃，保温半小时，然后自然冷却至室温。
步骤4，将进行炭化处理以后的样品放于高温石墨化炉中，对样品进行高温石墨化处理，同样采用的是氮气或氩气气体环境，于2600～3000℃下恒温一定时间，获得轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。本发明实施例的另一个方面还提供了由前述任一种方法制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜于制备轻质、柔性、高导热、高导电材料等领域中的应用。
相应的，本发明实施例的另一个方面还提供了一种高导热材料，其包含前述轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
综上所述，藉由上述技术方案，本发明通过对氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜进行炭化和石墨化的处理，可以获得一个两层结构，一层是石墨烯薄膜层，另一层是碳纳米管薄膜层，其中石墨烯薄膜层由多层石墨烯组成。由于这样的两层结构的存在导致石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜既保持了碳纳米管薄膜很好的力学性能，同时又保持了石墨烯很好的热学性能，该复合薄膜的面内热导率在150W/m K以上，密度在0.5g/cm3以下，其力学性能提高为单纯的石墨烯薄膜的3-5倍。两层复合材料结合了两种材料的优点，这为轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜提供了很好的结构基础。
下面通过具体实施例及附图对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1
步骤1，采用Hummer方法进行GO的合成，将GO分散液稀释至0.3mg/mL备用，其溶剂为水溶液。
步骤2，将20mL GO水分散液通过真空抽滤的成膜方法进行GO/CNT薄膜复合薄膜的制备。
步骤3，采用管式CVD炉对GO/CNT薄膜复合薄膜进行炭化处理，所采用的气体环境是氩气，从室温升至400℃，升温速率为1℃/min，保温半小时，然后自然冷却至室温。
步骤4，将进行炭化处理以后的样品放于高温石墨化炉中，对样品进行高温石墨化处理，采用的气体环境是氩气，于3000℃下恒温1h，获得轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
本实施例所制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的结构示意请参阅图1所示，密度数据请参阅表1，力学性能数据请参阅图2，电导率数据请参阅表2，热导率数据请参阅图3，SEM图片请参阅图4所示。图5a和图5b是本实施例制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜(图5b)与原始的碳纳米管薄膜(图5a)进行激光导热仪LFA447测试后的光学照片，说明本发明的表面改性可以很好的提高碳纳米管薄膜的热学性能，原始的碳纳米管薄膜激光打过以后表面会有明显的烧过的痕迹，而本发明进行表面改性以后没有明显变化。图6b是本实施例制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的光学照片，图7中右图是本实施例制备的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的红外热成像图。
表1本实施例所获复合薄膜的密度
厚度(mm) 质量(mg) 体积(cm<sup>3</sup>) 密度(g/cm<sup>3</sup>)
10mL 0.010 1.757 5.07*10<sup>-3</sup> 0.347
20mL 0.010 2.158 5.07*10<sup>-3</sup> 0.426
30mL 0.010 2.661 5.07*10<sup>-3</sup> 0.525
40mL 0.010 2.843 5.07*10<sup>-3</sup> 0.561
50mL 0.011 2.951 5.57*10<sup>-</sup>3 0.530
表2本实施例所获复合薄膜的电导率
RAW 2800℃
10mL 5.2*10<sup>3</sup> 1.0*10<sup>4</sup>
20mL 2.8*10<sup>3</sup> 1.2*10<sup>4</sup>
30mL 2.4*10<sup>2</sup> 1.4*10<sup>4</sup>
40mL 1.7*10<sup>2</sup> 1.8*10<sup>4</sup>
50mL 1.1*10<sup>2</sup> 2.0*10<sup>4</sup>
实施例2
步骤1，采用Hummer方法进行GO的合成，将GO分散液稀释至0.3mg/mL备用，其溶剂为水溶液。
步骤2，将20mL GO水分散液通过真空抽滤的成膜方法进行GO/CNT薄膜复合薄膜的制备。
步骤3，采用管式CVD炉对GO/CNT薄膜复合薄膜进行炭化处理，所采用的气体环境是氩气，从室温升至1000℃，升温速率为5℃/min，保温半小时，然后自然冷却至室温。
步骤4，将进行炭化处理以后的样品放于高温石墨化炉中，对样品进行高温石墨化处理，采用的气体环境是氩气，于3000℃下恒温1h，获得轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
实施例3
步骤1，采用Hummer方法进行GO的合成，将GO分散液稀释至0.3mg/mL备用，其溶剂为水溶液。
步骤2，将20mL GO水分散液通过真空抽滤的成膜方法进行GO/CNT薄膜复合薄膜的制备。
步骤3，采用管式CVD炉对GO/CNT薄膜复合薄膜进行炭化处理，所采用的气体环境是氩气，从室温升至1000℃，升温速率为1℃/min，保温1小时，然后自然冷却至室温。
步骤4，将进行炭化处理以后的样品放于高温石墨化炉中，对样品进行高温石墨化处理，采用的气体环境是氩气，于2600℃下恒温1h，获得轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
实施例4
步骤1，采用Hummer方法进行GO的合成，将GO分散液稀释至5mg/mL备用，其溶剂为水溶液。
步骤2，将50mL GO水分散液通过真空抽滤的成膜方法进行GO/CNT薄膜复合薄膜的制备。
步骤3，采用管式CVD炉对GO/CNT薄膜复合薄膜进行炭化处理，所采用的气体环境是氩气，从室温升至1300℃，升温速率为5℃/min，保温2小时，然后自然冷却至室温。
步骤4，将进行炭化处理以后的样品放于高温石墨化炉中，对样品进行高温石墨化处理，采用的气体环境是氩气，于3000℃下恒温30min，获得轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
实施例5
步骤1，采用Hummer方法进行GO的合成，将GO分散液稀释至0.1mg/mL备用，其溶剂为水溶液。
步骤2，将10mL GO水分散液通过真空抽滤的成膜方法进行GO/CNT薄膜复合薄膜的制备。
步骤3，采用管式CVD炉对GO/CNT薄膜复合薄膜进行炭化处理，所采用的气体环境是氩气，从室温升至300℃，升温速率为1℃/min，保温10min，然后自然冷却至室温。
步骤4，将进行炭化处理以后的样品放于高温石墨化炉中，对样品进行高温石墨化处理，采用的气体环境是氩气，于3000℃下恒温1h，获得轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
对照例1
本对照例与实施例1的不同之处在于：缺少了步骤4。
本对照例所获产品进行热学性能的测试，其热学性能非常的差，采用实验室的设备LFA447不能够进行准确的测试和数据的拟合，不具备很好的热导率。同时由于没有进行高温石墨化的处理，石墨烯没有获得较好的晶体结构同样的其电导率不具备很好的水平。
对照例2
本对照例与实施例1的不同之处在于：缺少了步骤3。
本对照例所获产品与实施例产品相比，由于没有了步骤3直接进行高温石墨化处理，GO中含氧官能团会很快速的丢失，导致石墨烯片层的快速的膨胀，其热学性能的测试由于空气热阻的存在会有比较明显的降低甚至有的样品不能够进行准确的测试。
对照例3
本对照例与实施例1的不同之处在于：缺少了步骤3、4。
本对照例所获产品进行热学性能的测试，其热学性能非常的差，采用实验室的设备LFA447不能够进行准确的测试和数据的拟合，不具备很好的热导率。同时对其导电率进行测试具体的数据如表2中RAW列所示，其电导率很差，不具备很好的导电性能。本对照例所获复合薄膜的光学照片请参见图6a，红外热成像图请参阅图7中左图所示。
藉由本发明实施例1-5的结果，本发明的石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜具有优异的导热性能和机械性能，具有轻质高导热等优势，同时又具有很好的电导率，为纳米碳材料在轻质柔性高导热高导电领域的发展提供了很好的研究基础。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
此外，本案发明人还参照前述实施例1-5，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜包括沿厚度方向依次层叠设置的石墨烯薄膜层和碳纳米管薄膜层，其中，所述石墨烯薄膜层由多层石墨烯组成，所述石墨烯薄膜层的厚度为1～5μm，所述碳纳米管薄膜层的厚度为8～12μm。
2.根据权利要求1所述的石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜，其特征在于：所述石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的面内热导率在150W/m K以上，密度在0.5g/cm3以下，电导率为104～106S/m，力学性能为原始碳纳米管薄膜的3～5倍，优选为20～80Mpa，断裂伸长率为1～5％。
3.一种石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
提供碳纳米管薄膜和氧化石墨烯分散液；
使所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯形成于碳纳米管薄膜上，得到氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜；
在保护性气氛中对所述氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜依次进行炭化处理及石墨化处理，制得主要由碳纳米管与石墨烯组成的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1～5mg/mL；和/或，所述氧化石墨烯分散液包括氧化石墨烯和水。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括：至少采用蒸发诱导自组装方法、真空抽滤方法、离心浇注方法中的任一种方式对所述的氧化石墨烯分散液进行成膜处理，从而在碳纳米管薄膜表面复合形成氧化石墨烯薄膜，获得氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜；优选的，所述氧化石墨烯分散液与碳纳米管薄膜的质量体积比为10～50mL：10～20mg；
和/或，所述碳纳米管薄膜的厚度为8～12μm，密度为0.3～0.6g/cm3，所含孔洞的孔径为100～1000nm。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的炭化处理包括：在保护性气氛中，采用1℃/min～5℃/min的升温速率使所述氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜从室温升温至炭化温度，所述炭化温度为300℃～1400℃；优选的，所述炭化处理的时间为10～120min。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述石墨化处理的温度为2600～3000℃，所述石墨化处理的时间为30min～240min；和/或，所述保护性气氛包括氮气气氛和/或惰性气体气氛。
8.由权利要求3-7中任一项所述方法制备的石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
9.权利要求1-2、8中任一项所述石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜于制备轻质、柔性、高导热、高导电材料领域中的应用。
10.一种高导热材料，其特征在于包含权利要求1-2、8中任一项所述的石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。
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