[发明专利]复合碳材薄片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种复合碳材的制作方式及依此方式所制作成的复合碳材，特别是关于一种具有良好导电导热能力的复合碳材。

背景技术

碳元素可有多种不同形式的分子结构，包括石墨和纳米碳管；这些碳分子结构通常都会有不错的导电性及导热性，例如将石墨分离至石墨烯薄片时，其电阻约10^-4至10^-6Ω-cm，其导热系数约5000W/mK至6000W/mK。

由于碳分子的特性，在电子产品上会广泛的运用碳来增加导热性，同时，碳的导电性也可运用在电磁干扰EMI（electromagneticdisturbance）上面，当然，也可将导电性及导热性结合运用；为了使碳材的特性、结构及形状符合使用者的需求，便需要对碳分子加工以形成特定的碳材。

一般而言，只利用石墨烯或是纳米碳管等碳源，是无法制备成一碳材的，通常会加入高分子并制成一具有石墨烯或是纳米碳管分散于高分子中的高分子复合碳材，但通常此复合碳材并不具备优良的导电导热性。

要将石墨烯推向实际应用，必须要发展出一个大面积且高质量合成石墨烯的制备方法。在过去，制造石墨烯的现有技术包含机械剥离法（mechanicalexfoliation）、外延生长法（Epitaxialgrowth）、化学气相沉积法（chemicalvapordeposition，CVD）及化学剥离法（chemicalexfoliation）等。其中，机械剥离法及外延生长法，虽然可以获得质量较佳之石墨烯，但这两种方法均无法大面积合成石墨烯。化学气相沉积法的制备过程，则必须使用近千摄氏度的高温及昂贵的金属基材(如铜或镍)，而有制造成本上的瓶颈。

目前已知用于电子产品的碳材，主要有两种加工方式，第一种为先将氧化石墨加热至1000摄氏度，在高温下氧化石墨会膨胀，再将膨胀石墨经由挤压形成石墨片；第二种是将芳香族聚亚酰铵高分子薄膜加热至3000摄氏度，于高温时使高分子会碳化进而形成石墨薄片。

由于上述制作过程需要高温的条件，因此会有成本过高、能源浪费、制作过程时间长及制作过程繁杂的问题，另外，在处理石墨或纳米碳管的制作过程中会使用大量的强酸或强氧化剂先将石墨或是纳米碳管氧化，此种氧化过程中，石墨烯或纳米碳管的晶格会遭到破坏，且无法将所有的氧化官能基还原，因此无法得到高质量大面积的石墨烯，而且有造成环境污染的疑虑；因此，本发明认为有需要提出一种新的碳材制作方法。

发明内容

如前所述，本发明提出了一种复合碳材薄片及制作方法，运用简单的制作过程，即可将石墨或是氧化石墨、纳米碳管及少量胶黏剂制成导电性及导热性良好的复合碳材。

根据以上目的，本发明提出了一种复合碳材薄片，包括：复数个石墨或是氧化石墨粒子及复数个纳米碳管，其中，石墨或是氧化石墨粒子呈平板状且彼此整齐堆栈排列，且每一石墨或是氧化石墨粒子之间会产生复数个空隙，空隙中充填了纳米碳管及胶黏剂。

本发明又提出了一种复合碳材薄片的制作方法，包括：将石墨或是氧化石墨粉末、纳米碳管粉末及胶黏剂粉末混合得到一混合粉末；将混合粉末以搅拌掺混装置搅拌均匀；将混合粉末以震荡搅拌装置搅拌均匀；及压延混合粉末，使混合粉末形成复合碳材薄片。

本发明又提出了一种复合碳材薄片的制作方法，包括：将纳米碳管粉末、石墨或是氧化石墨水溶液及胶黏剂混合，得到一混合溶液；将混合溶液以搅拌装置搅拌均匀；将混合溶液以震荡装置震荡均匀；过滤混合溶液，得到一湿润的膜材；及热压湿润的膜材，使湿润的膜材形成复合碳材薄片。

根据本发明所提出的复合碳材薄片及制作方法，通过少量的胶黏剂、压延或热压的制作过程，使碳材间产生键合力而能结合，进而产生良好的导电性及导热性。

根据本发明所提出的复合碳材薄片及制作方法，制作过程中不需要高温加热，使得复合碳材薄片的制作成本较现有的导电导热碳材更低，也能降低制作导电导热碳材对环境所造成的影响。

附图说明

图1为石墨本身以及氧化过程之示意图；

图2为本发明的碳材混合物的微观状态示意图；

图3为本发明的复合碳材薄片的微观状态示意图；

图4为本发明第一至第三实施例的复合碳材薄片干法制作过程方法流程示意图；

图5为本发明第四至第六实施例的复合碳材薄片湿法制作过程方法流程示意图。

附图标记说明：

石墨1

石墨粒子11