CN114015196A - 一种能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法。所述能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：(1).准备原料：阴离子活性剂、阳离子活性剂、石墨纸(C)、无水乙醇(CH3CH2OH)、微米金刚石颗粒(ND)、钛片(Ti)、去离子水、两片不锈钢片、环氧树脂和固化剂；(2).将上述(1)中准备的石墨纸和钛片放置到含有电解液的烧杯中，其中石墨纸为阳极。本发明提供的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法可以来对石墨烯进行改性和添加纳米金刚石颗粒进行合成，从而可以来提高石墨烯/金刚石复合材料的导热性的优点。
Description
技术领域
本发明属于金刚石石墨烯复合材料技术领域，尤其涉及一种能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法。
背景技术
现阶段使用的电子封装材料有塑料、橡胶、陶瓷、金属等，普遍存在热导率低、膨胀系数与电子设备不匹配等问题，开发具有较高热导率的新型复合材料，将会对电子产品制造行业带来巨大的飞跃，而金刚石具有硬度高、耐磨性好、耐热性能好等优异性能，另外，金刚石还是一种导热性能极佳的材料，因此可以将其作为添加物添加到石墨烯的层片之间，达到提高石墨烯层片之间的热导率的目的，相关技术中，公开了一种金刚石(111)面上的石墨烯制备方法，其主要步骤为：1)在衬底上生长非掺杂的金刚石过渡层：把衬底放在热灯丝化学气相沉积系统的腔体中衬底托上，生长金刚石过渡层；2)在金刚石过渡层上生长B掺杂的金刚石膜；3)退火自组织形成石墨烯。可以制备出的样品尺寸比较大，从纳米尺度到微米甚至毫米尺度。自组装生长石墨烯的方法简便，比较容易实现，且发明中所生长的石墨烯面积可控性较高，可以达到目前多数方法所不能实现的微米尺寸以上。此外，由于金刚石的很多优异特性，以及掺硼金刚石衬底的不对称性，使得在硼掺杂金刚石衬底上形成的石墨烯更容易产生能隙，从而更有利于石墨烯在器件中的应用；
相关技术中，还公开了一种石墨烯和/或碳纳米管包覆金刚石复合材料及制备方法，所述复合材料是在金刚石表面化学气相沉积生长石墨烯和/或碳纳米管，所述石墨烯和/或碳纳米管垂直于金刚石表面或催化层表面分布，形成石墨烯薄片阵列或碳纳米管林，本发明提供的石墨烯和/或碳纳米管包覆金刚石复合材料具有金刚石和石墨烯和 /或碳纳米管的双重特性，可广泛应用于力学、热学、化学、电学、声学、光学等领域，其中作为增强体与聚合物或金属复合，不仅能有效改善金刚石颗粒与聚合物基体或金属基体的润湿性，而且增加了增强体与金属基体的接触面积，能保证金刚石与基体材料界面处有较高的导热性能，制备出的复合材料可兼具优异的力学和热学性能。
但是，上述结构中还存在不足之处，因为上述两种方法均采用的是将石墨烯单纯沉积在金刚石表面，因此二者结合力较差不能充分发挥石墨烯的高导电导热率的性能。
因此，有必要提供一种新的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种可以来对石墨烯进行改性和添加纳米金刚石颗粒进行合成，从而可以来提高石墨烯/金刚石复合材料的导热性的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1).准备原料：阴离子活性剂、阳离子活性剂、石墨纸(C)、无水乙醇(CH3CH2OH)、微米金刚石颗粒(ND)、钛片(Ti)、去离子水、两片不锈钢片、环氧树脂和固化剂；
(2).将上述(1)中准备的石墨纸和钛片放置到含有电解液的烧杯中，其中石墨纸为阳极，钛片为阴极，之后通过直流电源设备提供的直流电进行电化学剥离，当剥离完成后，取出未剥离的石墨纸和钛片，之后对电解液进行水洗，紧接着在采用超声破碎仪进一步进行剥离工作，当剥离完成后，通过离心分离出产物，最后在对产物进行冷冻干燥，进而来得到石墨烯；
(3).将上述(1)中准备的阴离子活性剂倒入到容器中，之后将上述(2)中得到的产物石墨烯同样加入到容器中进行改性；
(4).将上述(3)中得到的改性石墨烯产物和上述(1)中准备的微米金刚石颗粒加入到上述(1)中准备的无水乙醇中，之后通过超声破碎仪进行超声分散，超声时间为25-35min，等分散完成后，将上述(1)中准备的环氧树脂倒入其中，之后通过离心机进行均匀搅拌，搅拌温度为70-80℃；
(5).当上述(4)中的乙醇挥发完成后，加入固化剂进行充分的均匀混合，之后倒入到模具中，这时在模具两端插入不锈钢片作为电极，通过直流稳压电源施加电压,使电极之间有均匀电场，有均匀电场，在环氧树脂凝固的过程中，改性后的石墨烯颗粒在电场力的作用下可以向负极移动进行定向排布，定向排布后的环氧树脂石墨烯/ 金刚石复合材料的导热性会有明显提高，待环氧树脂凝固后，脱膜处理后，制得环氧树脂基石墨烯复合材料块体。
作为本发明的进一步方案，所述微米金刚石颗粒的粒度为1-10nm，所述石墨纸的纯度＞99％，所述钛片的纯度＞99％。
作为本发明的进一步方案，所述上述(2)中的直流电源设备为恒电位仪，型号为KXN-3030D，电流为1-2A，电解时间为10-20min，所述(2)中钛片浸入电解液的体积为5.0cmx10 cmx0.2cm,而石墨纸的体积为1.5cmx6.0cmx0.1cm。
作为本发明的进一步方案，所述上述(2)中的电解液为浓硫酸 (H2SO4)，所述硫酸为0.5mol/L。
作为本发明的进一步方案，所述阴离子活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，所述阳离子活性剂为硝酸铝(AI(NO3)3)。
与相关技术相比较，本发明提供的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法具有如下有益效果：
与相关技术相比较，本发明提供的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法具有如下有益效果：
1、本发明通过将十二烷基苯磺酸钠、硝酸铝等溶液对石墨烯进行改性，改性后将石墨烯和纳米金刚石颗粒在乙醇溶液中进行分散，将分散后溶液中添加环氧树脂，在75℃左右搅拌均匀后，待乙醇挥发完成后，加入固化剂，并将溶液注入反应槽中，在反应槽两端施加直流电流，改性后的石墨烯在电场力的作用下，会进行定向排布。定向排布后的环氧树脂石墨烯/金刚石复合材料的导热性会有明显提高。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明中石墨烯添加量的结构图。
具体实施方式
请结合参阅图1，其中，图1为本发明中石墨烯添加量的结构图。能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1).准备原料：阴离子活性剂、阳离子活性剂、石墨纸(C)、无水乙醇(CH3CH2OH)、微米金刚石颗粒(ND)、钛片(Ti)、去离子水、两片不锈钢片、环氧树脂和固化剂；
(2).将上述(1)中准备的石墨纸和钛片放置到含有电解液的烧杯中，其中石墨纸为阳极，钛片为阴极，之后通过直流电源设备提供的直流电进行电化学剥离，当剥离完成后，取出未剥离的石墨纸和钛片，之后对电解液进行水洗，紧接着在采用超声破碎仪进一步进行剥离工作，当剥离完成后，通过离心分离出产物，最后在对产物进行冷冻干燥，进而来得到石墨烯；
(3).将上述(1)中准备的阴离子活性剂倒入到容器中，之后将上述(2)中得到的产物石墨烯同样加入到容器中进行改性；
(4).将上述(3)中得到的改性石墨烯产物和上述(1)中准备的微米金刚石颗粒加入到上述(1)中准备的无水乙醇中，之后通过超声破碎仪进行超声分散，超声时间为25-35min，等分散完成后，将上述(1)中准备的环氧树脂倒入其中，之后通过离心机进行均匀搅拌，搅拌温度为70-80℃；
因为提高温度有利于酒精挥发，且能降低环氧树脂的黏度，有利于石墨烯均匀分散到环氧树脂中。
(5).当上述(4)中的乙醇挥发完成后，加入固化剂进行充分的均匀混合，之后倒入到模具中，这时在模具两端插入不锈钢片作为电极，通过直流稳压电源施加电压,使电极之间有均匀电场，有均匀电场，在环氧树脂凝固的过程中，改性后的石墨烯颗粒在电场力的作用下可以向负极移动进行定向排布，定向排布后的环氧树脂石墨烯/ 金刚石复合材料的导热性会有明显提高，待环氧树脂凝固后，脱膜处理后，制得环氧树脂基石墨烯复合材料块体。
上述(5)中的两片不锈钢片剪裁的规格相同，并对其表面进行打磨、酸洗，之后用去离子水清洗后，放入酒精中，使用前用吹风机吹干；
所述微米金刚石颗粒的粒度为1-10nm，所述石墨纸的纯度＞99％，所述钛片的纯度＞99％。
所述上述(2)中的直流电源设备为恒电位仪，型号为K XN-3030D，电流为1-2A，电解时间为10-20min，所述(2)中钛片浸入电解液的体积为5.0cmx10 cmx0.2cm,而石墨纸的体积为1.5cmx6.0cmx0.1cm。
因为当电流稳定时，电极的面积和电极表面的电流密度成反比，当电极表面的电流比度较大时，对电化学剥离速度更有利，所以当钛片电极的面积大于石墨纸电极的面积时，可以来减小石墨纸浸入溶液中的面积，来提高石墨烯表面的电流密度，最终达到提升电化学剥离速度的效果。
所述上述(2)中的电解液为浓硫酸(H2SO4)，所述硫酸为0.5mol/L。
所述阴离子活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，所述阳离子活性剂为硝酸铝(AI(NO3)3)。
本发明提供的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法的工作原理如下：
第一步骤：因为SDBS是一种常见的阴离子分散剂，可以作为石墨烯在水溶液中的分散剂来使用，另外，SDBS在水中溶解后会产生十二烷基苯磺酸根阴离子，通过静电吸附的作用能够和十二烷基苯磺酸根结合，利用SDBS为分散剂时，不仅可以提高石墨烯的分散效果，并且可以达到对石墨烯表面进行改性的效果，而制备阴离子型石墨烯溶液，需要通过对SDBS溶液浓度进行调整，当浓度为7.5g/L时，静置10h后，溶液没有明显分层，满足电沉积效果，而硝酸铝在去离子水和无水乙醇中均能溶解，因此会产生硝酸根离子和铝离子，而所产生的铝离子能够定向和石墨烯边缘的-COOH通过静电吸附的作用结合到一起，使石墨烯边缘显正电性，进而来完成对石墨烯表面改性的效果；
第二步骤：通过将改性后的石墨烯加入到环氧树脂内，在环氧树脂凝固的期间在其两端提供稳定的电场，能够促进石墨烯的定向排布，对于仅含有两相的复合材料的热导率的理论计算，通过 Maxell-Eucken模型来计算环氧树脂基石墨烯复合材料的热导率，在复合材料的导热性能的理论模型中，通常采用添加物的体积分数来进行模拟，但是实验过程中的通常使用质量分数,故先通过公式将实验中的质量分数换算为体积分数(如下面公式所示)
其中式中:w为填料的质量分数:ρ1和ρ2分别为基体和填料的密度，Φ2为分散相粒子的体积分数，通过Maxwell-Bucken模型计算和实验数据的对比表格如图1所示。
当石墨烯的含量较低的时候，Maxwell-Eucken模型计算的数据和实验数据较为接近，随着石墨烯含量的增加，Maxwell-Eucken模型明显低于实验值，主要是因为填充物较多时，填充物粒子分散不均匀，且粒子之间的距离很小，彼此之间的作用力比较强。石墨烯添加量的增加，环氧树脂的导热性能逐步提升，说明只添加石墨烯时，仍能够在一定程度上提高环氧树脂的导热性能，当石墨烯占2.0vol.％，环氧树脂的导热系数在没有施加电场时，达到最大0.23W·m-1·K-1, 继续提升石墨烯的含量,环氧树脂的导热系数略微下降，可能是石墨烯含量过高，导致空隙增加，界面热阻增大，所以使复合材料的导热性能下降；当环氧树脂在凝固过程中施加电场时，通过对比可以发现，施加电场后，环氧树脂基石墨烯复合材料的导热系数均有所提升，当石墨烯为3.0vol.％时，导热系数达到最大值为0.36W·m-1·K-1,相比单一的环氧树脂材料，导热系数提升80％。这是因为电场作用下，环氧树脂中的石墨烯受电场力的作用，会沿着电场方向移动，在移动过程中，石墨烯会有一定的取向性，层片方向排布一致的石墨烯能够提升环氧树脂特定方向的导热性能。
第三步骤：为了提升热导率纳米金刚石对环氧树脂基石墨烯复合效果，在制备环氧树脂基石墨烯复合材料时，添加和石墨烯等体积分数的纳米金刚石，加入金刚石后，导热系数明显提升，当金刚石的添加量为3vol％的时，导热系数是0.41W·m-1·K-1,相比环氧树脂材料，导热性能提升100％，且明显高于仅添加石墨烯的环氧树脂，这是因为金刚石本身就具有良好的导热性能，加入金刚石后，会进一步提升环氧树脂的导热性能，对加入金刚石的环氧树脂基石墨烯复合材料在冷却的过程施加电场，可以发现环氧树脂的导热系数进一步提升，且提升幅度较大，金刚石添加量占3vol.％时，环氧树脂的导热系数为 0.50W·m-1·K-1,导热系数提升超过150％。说明电场作用下，表面吸附有纳米金刚石的石墨烯能够受到电场力的作用沿着电场方向移动，在移动过程中，石墨烯会有一定的取向性，进而提升环氧树脂的导热性能，且吸附在石墨烯表面的纳米金刚石颗粒，可以提升石墨烯层片之间的导热性能，最终达到大幅提高环氧树脂导热性能的效果。
实施例1
一种能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1).准备原料：阴离子活性剂、阳离子活性剂、石墨纸(C)、无水乙醇(CH3CH2OH)、微米金刚石颗粒(ND)、钛片(Ti)、去离子水、两片不锈钢片、环氧树脂和固化剂，所述微米金刚石颗粒的粒度为5nm，所述石墨纸的纯度＞99％，所述钛片的纯度＞99％；
(2).将上述(1)中准备的石墨纸和钛片放置到含有电解液的烧杯中，其中石墨纸为阳极，钛片为阴极，之后通过直流电源设备提供的直流电进行电化学剥离，当剥离完成后，取出未剥离的石墨纸和钛片，之后对电解液进行水洗，紧接着在采用超声破碎仪进一步进行剥离工作，当剥离完成后，通过离心分离出产物，最后在对产物进行冷冻干燥，进而来得到石墨烯，所述电解液为浓硫酸(H2SO4)，所述硫酸为0.5mol/L，所述直流电源设备为恒电位仪，型号为K XN-3030D，电流为1.5A，电解时间为25min，所述钛片浸入电解液的体积为5.0cmx10 cmx0.2cm,而石墨纸的体积为1.5cmx6.0cmx0.1cm；
(3).将上述(1)中准备的阴离子活性剂倒入到容器中，之后将上述(2)中得到的产物石墨烯同样加入到容器中进行改性，所述阴离子活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，所述阳离子活性剂为硝酸铝(AI(NO3)3)；
(4).将上述(3)中得到的改性石墨烯产物和上述(1)中准备的微米金刚石颗粒加入到上述(1)中准备的无水乙醇中，之后通过超声破碎仪进行超声分散，超声时间为20min，等分散完成后，将上述(1)中准备的环氧树脂倒入其中，之后通过离心机进行均匀搅拌，搅拌温度为75℃；
因为提高温度有利于酒精挥发，且能降低环氧树脂的黏度，有利于石墨烯均匀分散到环氧树脂中。
(5).当上述(4)中的乙醇挥发完成后，加入固化剂进行充分的均匀混合，之后倒入到模具中，这时在模具两端插入不锈钢片作为电极，通过直流稳压电源施加电压,使电极之间有均匀电场，有均匀电场，在环氧树脂凝固的过程中，改性后的石墨烯颗粒在电场力的作用下可以向负极移动进行定向排布，定向排布后的环氧树脂石墨烯/ 金刚石复合材料的导热性会有明显提高，待环氧树脂凝固后，脱膜处理后，制得环氧树脂基石墨烯复合材料块体，所述两片不锈钢片剪裁的规格相同，并对其表面进行打磨、酸洗，之后用去离子水清洗后，放入酒精中，使用前用吹风机吹干；
因为当电流稳定时，电极的面积和电极表面的电流密度成反比，当电极表面的电流比度较大时，对电化学剥离速度更有利，所以当钛片电极的面积大于石墨纸电极的面积时，可以来减小石墨纸浸入溶液中的面积，来提高石墨烯表面的电流密度，最终达到提升电化学剥离速度的效果。
使用浓度是0.5mol/L的硫酸所制备的石墨烯试样衍射峰型状类似，由于石墨烯和石墨纸的峰的强度差距较大，对石墨烯特征峰进行局部放大，分析可知石墨烯出现在26.26°，相比石墨纸的特征峰，均出现左移，峰型相对较宽，峰的强度明显减弱，这是因为石墨纸晶型结构完整度下降，无序度增加造成的。
实施例2
一种能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1).准备原料：阴离子活性剂、阳离子活性剂、石墨纸(C)、无水乙醇(CH3CH2OH)、微米金刚石颗粒(ND)、钛片(Ti)、去离子水、两片不锈钢片、环氧树脂和固化剂，所述微米金刚石颗粒的粒度为10nm，所述石墨纸的纯度＞99％，所述钛片的纯度＞99％；
(2).将上述(1)中准备的石墨纸和钛片放置到含有电解液的烧杯中，其中石墨纸为阳极，钛片为阴极，之后通过直流电源设备提供的直流电进行电化学剥离，当剥离完成后，取出未剥离的石墨纸和钛片，之后对电解液进行水洗，紧接着在采用超声破碎仪进一步进行剥离工作，当剥离完成后，通过离心分离出产物，最后在对产物进行冷冻干燥，进而来得到石墨烯，所述电解液为浓硫酸(H2SO4)，所述硫酸为1.0mol/L，所述直流电源设备为恒电位仪，型号为K XN-3030D，电流为2A，电解时间为20min，所述钛片浸入电解液的体积为5.0cmx10 cmx0.2cm,而石墨纸的体积为1.5cmx6.0cmx0.1cm；
(3).将上述(1)中准备的阴离子活性剂倒入到容器中，之后将上述(2)中得到的产物石墨烯同样加入到容器中进行改性，所述阴离子活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，所述阳离子活性剂为硝酸铝(AI(NO3)3)；
(4).将上述(3)中得到的改性石墨烯产物和上述(1)中准备的微米金刚石颗粒加入到上述(1)中准备的无水乙醇中，之后通过超声破碎仪进行超声分散，超声时间为35min，等分散完成后，将上述(1)中准备的环氧树脂倒入其中，之后通过离心机进行均匀搅拌，搅拌温度为80℃；
因为提高温度有利于酒精挥发，且能降低环氧树脂的黏度，有利于石墨烯均匀分散到环氧树脂中。
(5).当上述(4)中的乙醇挥发完成后，加入固化剂进行充分的均匀混合，之后倒入到模具中，这时在模具两端插入不锈钢片作为电极，通过直流稳压电源施加电压,使电极之间有均匀电场，有均匀电场，在环氧树脂凝固的过程中，改性后的石墨烯颗粒在电场力的作用下可以向负极移动进行定向排布，定向排布后的环氧树脂石墨烯/ 金刚石复合材料的导热性会有明显提高，待环氧树脂凝固后，脱膜处理后，制得环氧树脂基石墨烯复合材料块体，所述两片不锈钢片剪裁的规格相同，并对其表面进行打磨、酸洗，之后用去离子水清洗后，放入酒精中，使用前用吹风机吹干；
因为当电流稳定时，电极的面积和电极表面的电流密度成反比，当电极表面的电流比度较大时，对电化学剥离速度更有利，所以当钛片电极的面积大于石墨纸电极的面积时，可以来减小石墨纸浸入溶液中的面积，来提高石墨烯表面的电流密度，最终达到提升电化学剥离速度的效果；
使用浓度是1.0mol/L的硫酸所制备的石墨烯试样衍射峰型状类似，由于石墨烯和石墨纸的峰的强度差距较大，对石墨烯特征峰进行局部放大，分析可知石墨烯出现在26.36°，相比石墨纸的特征峰，均出现左移，峰型相对较宽，峰的强度明显减弱，这是因为石墨纸晶型结构完整度下降，无序度增加造成的。
实施例3
一种能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1).准备原料：阴离子活性剂、阳离子活性剂、石墨纸(C)、无水乙醇(CH3CH2OH)、微米金刚石颗粒(ND)、钛片(Ti)、去离子水、两片不锈钢片、环氧树脂和固化剂，所述微米金刚石颗粒的粒度为1nm，所述石墨纸的纯度＞99％，所述钛片的纯度＞99％；
(2).将上述(1)中准备的石墨纸和钛片放置到含有电解液的烧杯中，其中石墨纸为阳极，钛片为阴极，之后通过直流电源设备提供的直流电进行电化学剥离，当剥离完成后，取出未剥离的石墨纸和钛片，之后对电解液进行水洗，紧接着在采用超声破碎仪进一步进行剥离工作，当剥离完成后，通过离心分离出产物，最后在对产物进行冷冻干燥，进而来得到石墨烯，所述电解液为浓硫酸(H2SO4)，所述硫酸为1.5mol/L，所述直流电源设备为恒电位仪，型号为K XN-3030D，电流为1A，电解时间为10min，所述钛片浸入电解液的体积为5.0cmx10 cmx0.2cm,而石墨纸的体积为1.5cmx6.0cmx0.1cm；
(3).将上述(1)中准备的阴离子活性剂倒入到容器中，之后将上述(2)中得到的产物石墨烯同样加入到容器中进行改性，所述阴离子活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，所述阳离子活性剂为硝酸铝(AI(NO3)3)；
(4).将上述(3)中得到的改性石墨烯产物和上述(1)中准备的微米金刚石颗粒加入到上述(1)中准备的无水乙醇中，之后通过超声破碎仪进行超声分散，超声时间为25min，等分散完成后，将上述(1)中准备的环氧树脂倒入其中，之后通过离心机进行均匀搅拌，搅拌温度为70℃；
因为提高温度有利于酒精挥发，且能降低环氧树脂的黏度，有利于石墨烯均匀分散到环氧树脂中。
(5).当上述(4)中的乙醇挥发完成后，加入固化剂进行充分的均匀混合，之后倒入到模具中，这时在模具两端插入不锈钢片作为电极，通过直流稳压电源施加电压,使电极之间有均匀电场，有均匀电场，在环氧树脂凝固的过程中，改性后的石墨烯颗粒在电场力的作用下可以向负极移动进行定向排布，定向排布后的环氧树脂石墨烯/ 金刚石复合材料的导热性会有明显提高，待环氧树脂凝固后，脱膜处理后，制得环氧树脂基石墨烯复合材料块体，所述两片不锈钢片剪裁的规格相同，并对其表面进行打磨、酸洗，之后用去离子水清洗后，放入酒精中，使用前用吹风机吹干；
因为当电流稳定时，电极的面积和电极表面的电流密度成反比，当电极表面的电流比度较大时，对电化学剥离速度更有利，所以当钛片电极的面积大于石墨纸电极的面积时，可以来减小石墨纸浸入溶液中的面积，来提高石墨烯表面的电流密度，最终达到提升电化学剥离速度的效果；
使用浓度是1.5mol/L的硫酸所制备的石墨烯试样衍射峰型状类似，由于石墨烯和石墨纸的峰的强度差距较大，对石墨烯特征峰进行局部放大，分析可知石墨烯出现在26.44°，相比石墨纸的特征峰，均出现左移，峰型相对较宽，峰的强度明显减弱，这是因为石墨纸晶型结构完整度下降，无序度增加造成的。
Claims (5)
1.一种能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1).准备原料：阴离子活性剂、阳离子活性剂、石墨纸(C)、无水乙醇(CH3CH2OH)、微米金刚石颗粒(ND)、钛片(Ti)、去离子水、两片不锈钢片、环氧树脂和固化剂；
(2).将上述(1)中准备的石墨纸和钛片放置到含有电解液的烧杯中，其中石墨纸为阳极，钛片为阴极，之后通过直流电源设备提供的直流电进行电化学剥离，当剥离完成后，取出未剥离的石墨纸和钛片，之后对电解液进行水洗，紧接着在采用超声破碎仪进一步进行剥离工作，当剥离完成后，通过离心分离出产物，最后在对产物进行冷冻干燥，进而来得到石墨烯；
(3).将上述(1)中准备的阴离子活性剂倒入到容器中，之后将上述(2)中得到的产物石墨烯同样加入到容器中进行改性；
(4).将上述(3)中得到的改性石墨烯产物和上述(1)中准备的微米金刚石颗粒加入到上述(1)中准备的无水乙醇中，之后通过超声破碎仪进行超声分散，超声时间为25-35min，等分散完成后，将上述(1)中准备的环氧树脂倒入其中，之后通过离心机进行均匀搅拌，搅拌温度为70-80℃；
(5).当上述(4)中的乙醇挥发完成后，加入固化剂进行充分的均匀混合，之后倒入到模具中，这时在模具两端插入不锈钢片作为电极，通过直流稳压电源施加电压,使电极之间有均匀电场，有均匀电场，在环氧树脂凝固的过程中，改性后的石墨烯颗粒在电场力的作用下可以向负极移动进行定向排布，定向排布后的环氧树脂石墨烯/金刚石复合材料的导热性会有明显提高，待环氧树脂凝固后，脱膜处理后，制得环氧树脂基石墨烯复合材料块体。
2.根据权利要求1所述的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述微米金刚石颗粒的粒度为1-10nm，所述石墨纸的纯度＞99％，所述钛片的纯度＞99％。
3.根据权利要求1所述的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述上述(2)中的直流电源设备为恒电位仪，型号为KXN-3030D，电流为1-2A，电解时间为10-20min，所述(2)中钛片浸入电解液的体积为5.0cmx10 cmx0.2cm,而石墨纸的体积为1.5cmx6.0cmx0.1cm。
4.根据权利要求1所述的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述上述(2)中的电解液为浓硫酸(H2SO4)，所述硫酸为0.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的能够提高导热性的金刚石石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述阴离子活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，所述阳离子活性剂为硝酸铝(AI(NO3)3)。
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| CN106756165A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-31 | 中国科学院金属研究所 | 一种高结构完整高分散石墨烯/金属复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
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| 王大鹏: "石墨烯的制备及电场作用对其复合材料热传导性能的影响", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
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