[发明专利]一种高导热导电碳纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳基聚合物复合材料，涉及一种高导热导电碳纳米复合材料及其制备方法。特别涉及在高导热导电碳基微纳米粉体表面利用水悬浮法包覆一层聚合物粘结剂来制备高导电导热碳纳米复合材料。本发明高导热导电碳纳米复合材料主要应用于3D打印材料、化工设备的换热器、笔记本电脑、大功率LED照明、平板显示器、数码摄像机和移动通信产品以及相关的微型化与高速化的电子元器件领域。

背景技术

碳基微纳米粉体具有极高的比表面积、力学性能、卓越的热性能和电性能，其中碳基填料，如石墨(209Wm^-1K^-1)、碳纳米管(3100～3500Wm^-1K^-1)、金刚石(2000Wm^-1K^-1)、石墨烯(4840～5300Wm^-1K^-1)等具有超高的热导率，利用其来提高复合材料的热导率备受学术界和工业界的青睐。近年来，人们已经成功将碳纳米管(如：多壁碳纳米管、单壁碳纳米管)，碳纳米纤维，富勒烯等碳材料作为填料，用金属粉末或金属和陶瓷的混合粉末等为基材，制备各种新型高导电导热碳纳米材料，所得的功能化碳基复合材料同时具有高导热和导电性，良好的机械性能，以及优良的可加工性，在生物医药、微纳电子、高性能复合材料等领域有着广泛的应用价值。中国专利CN101707911A公开了一种“高导热性复合材料”，系使用金属粉末或金属和陶瓷的混合粉末或陶瓷粉末的放电等离子体烧结体形成的基材中，形成并存在多层由极细的管状结构体构成的纤维状碳材料，该极细的管状结构体由单层或多层的石墨烯构成；构成各层的纤维状碳材料是由在平均直径为500nm～100um的粗径纤维中少量混合平均直径为100nm以下的细径纤维的混合物形成；该方法中，涉及到粗径纤维取向以及细径纤维不取向的问题，过程中，需要将粗径纤维和细径纤维按比例在分散液从处理，然后再通过施加磁场、电场或者直接在分散液中缓慢拉伸进行取向，该过程不便于操作，步骤繁琐，耗能较大，且无法保证纤维的取向程度，因此对产物的导热性会有很大的影响。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种高导热导电碳纳米复合材料及其制备方法，本发明提供一种简便、高效的制备高导电导热碳纳米材料的方法，能有效提高碳基聚合物复合材料中碳基填料的含量，显著提高聚合物材料的力学性能，同时赋予聚合物材料许多新的功能，特别表现在材料的高导热性方面，从而实现多功能高强复合材料。

本发明的内容是：一种高导热导电碳纳米复合材料，其特征是：由质量百分比为70～97％的碳基微纳粉体填料，包覆在碳基微纳粉体填料上、质量百分比为3～30％的聚合物粘结剂组成。

本发明的内容中：所述碳基微纳粉体填料可以是：

单壁碳纳米管(可以是Timestub^TM-高纯单壁碳纳米管，中国科学院成都有机化学有限公司生产，型号：TNS，外直径OD为1～2nm，纯度(Purity≥90wt％),长度为5～30μm，比表面积SSA≥380m²/g，灰分≤1.5wt％，导电率EC≥100s/cm，堆密度(Tap Density)为0.14g/cm³)、

多壁碳纳米管(可以是中国科学院成都有机化学有限公司生产，型号：TNM1，外直径OD≥50nm，纯度(Purity≥90wt％),长度为10～30μm，比表面积SSA≥40m²/g，灰分≤5wt％，导电率EC≥100s/cm，堆密度(Tap Density)为0.27g/cm³)、

石墨烯(可以是TimesGraph^TM-石墨烯，中国科学院成都有机化学有限公司生产，纯度(Purity≥95wt％),比表面积SSA≥554.364m²/g，直径为0.5～3μm，层数为1～10层，厚度为0.55～3.74nm；或富勒烯C₆₀，纯度(Purity≥98wt％),熔点≥280℃，燃点≥94℃)、或

碳纳米纤维(可以是：C-25碳纳米纤维，鞍山塞诺达碳纤维有限公司生产，比表面积SSA≥1000m²/g)。

所述碳基微纳粉体填料的粒径较好的为0.5μm～50μm。