[发明专利]高导热导电石墨烯薄膜及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种高导热导电石墨烯薄膜及其制备工艺。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm²;/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10^-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。石墨烯的结构非常稳定，石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。

目前的薄膜大部分是采用高分子制备而成的，由高分子制备而成的薄膜具有很好的延展性，但是由于高分子材料的固有特性，是的薄膜的导电性和导热性不足，严重影响了薄膜的应用，不能满足薄膜在电子领域中的应用。此外，由于高分子制备的薄膜与金属及其他基体的结合程度较低，导致薄膜的有效使用寿命较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有薄膜与基体的结合力差切导热及导电性能的不足导致影响其应用的问题，提供了一种高导热导电石墨烯薄膜。通过本发明中石墨烯及其他各组分的共同改性，使得制备的薄膜具有较高的导电和导热性能，并且能够与金属等基体具有较好的结合性能。

本发明的另一个目的是提供上述高导热导电石墨烯薄膜的制备工艺。该工艺可以通过简单的制备步骤，得到一种与基体具有较高结合力切能高导热导电的薄膜。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种高导热导电石墨烯薄膜，所述高导热导电石墨烯薄膜为采用石墨烯和纳米金刚石改性制备的厚度为0.5-500μm的薄膜，所述石墨烯与纳米金刚石的重量比为1-10:1。

石墨烯的结构非常稳定，石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯在保证强度的基础上具有非常好的柔韧性，当制备的薄膜在受到外力的作用下，不易发生破损及破裂，此外，这种稳定的晶格结构也使石墨烯具有优秀的导热性。本发明利用石墨烯的优点，提高了薄膜的平面强度、导热性和导电性。纳米金刚石不仅保留着金刚石的综合优异特性，而且还有对人体无害的良好的生物兼容性；对雷达波、红外紫外光有巨大的透射率和吸收率，优异的冷阴极场发射效应，表面有许多羧基、烃基、羰基等功能团，很容易同金属、橡胶、塑料聚合物、织物表面紧密结合。在本发明的薄膜中添加纳米金刚石使薄膜的耐磨性和显微硬度得到了很大的提高，此外，薄膜的抗蚀性也得到了有效提高。

作为优选，所述石墨烯与纳米金刚石的重量比为1-5:1。石墨烯和金刚石的添加量决定了薄膜的成膜重量，当石墨烯的添加量小于0.1%时，石墨烯的效果不明显，当石墨烯的添加量大于10%时，对薄膜的成膜质量影响较大，降低了薄膜的强度。石墨烯与纳米金刚石的合适重量比，能够平衡薄膜的成膜性、抗蚀性、强度及其他性能，不适合的重量比，会造成薄膜的部分性能过高导致资源浪费。

作为优选，所述高导热导电石墨烯薄膜的厚度为0.5-100μm。 

作为优选，所述纳米金刚石的粒径为20-200nm。金刚石粒径对薄膜的性能起到关键影响。当金刚石的粒径过小时，成本过高，当金刚石的粒径过大时，不仅不能够有效提高薄膜的性能，还能够对薄膜的成膜起到负面影响，使得薄膜容易发生开裂发僧。。