[发明专利]银掺杂石墨烯复合纸及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子封装材料领域，特别是涉及银掺杂石墨烯复合纸及其制备方法。

背景技术

随着电子器件向高集成、高运算领域发展，散热成为一个难题。一直以来，铜、银等传统散热材料被广泛应用于电子器件和产品散热。但是铜、银材料价格昂贵，易被氧化，密度高，热膨胀系数大，而碳材料由于高导热、低密度、低热膨胀系数且储量丰富、价格低廉等一系列优异特性而逐渐兴起。研究表明普通碳纳米管的导热系数为3000～3500W/m·K，金刚石为1000～2200W/m·K，而单层石墨烯的导热系数更是高达5300W/m·K。

石墨烯是单层原子构成的新材料，其碳原子以sp²杂化轨道组成六角蜂巢晶格。一直以来，石墨烯被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家Andre Geim和Konstantin Novoselov利用胶带从石墨上反复粘下薄片，最终成功地分离出石墨烯。石墨烯由于其特殊的物理结构，具有一系列优异特性：世上最薄、最坚硬的纳米材料，几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300 W/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，为世上电阻率最小的材料。中国科学院山西煤炭化学研究所的孔庆强等利用真空抽滤将短切碳纤维与氧化石墨烯制备成复合纸，再通过高温热退火获得石墨烯复合纸，其水平面内的导热率高达977W/mK，但是垂直方向的导热率只有0.38W/mK。而且真空抽滤获得的产品面积小，高温热退火耗能大，不适合工业化生产，需要寻找一种简单易行的方法，实现大规模生产，且获得的产品垂直方向的热传导率要有较大幅度的提升。

发明内容

基于此，有必要提供一种工艺简单的银掺杂石墨烯复合纸，以制备垂直方向的导热率较高的银掺杂石墨烯复合纸。

进一步，提供一种由上述银掺杂石墨烯复合纸的制备方法制备得到的银掺杂石墨烯复合纸。

一种银掺杂石墨烯复合纸的制备方法，包括如下步骤：

制备氧化石墨烯，将所述氧化石墨烯进行超声处理，制备得到氧化石墨烯悬浮液；

向所述氧化石墨烯悬浮液中加入硝酸银得到混合液；

将所述混合液进行蒸发处理，得到银掺杂氧化石墨烯复合纸；及

将所述银掺杂氧化石墨烯复合纸放入含有还原剂的溶液中进行还原处理，得到银掺杂石墨烯复合纸。

在其中一个实施例中，所述制备氧化石墨烯的方法具体为：

在冰水浴条件下，将天然石墨和硝酸钠混合均匀，加入浓硫酸，搅拌10min～150min，然后加入高锰酸钾，继续搅拌10min～150min，得到混合液；

将所述混合液移入20℃～40℃恒温水浴中，搅拌反应15min～180min；向所述混合液中加入去离子水，反应30min～60min，然后将所述20℃～40℃恒温水浴的温度升至80℃～100℃，搅拌30min～300min；最后加入双氧水，反应30min～90min，洗涤、干燥得到氧化石墨烯。

在其中一个实施例中，所述硝酸银与所述氧化石墨烯的质量比为0.01～1:1～5。

在其中一个实施例中，所述将所述混合液进行蒸发处理的操作具体为：于30℃～150℃下蒸发0.5小时～24小时。

在其中一个实施例中，所述将所述混合液进行蒸发处理的操作具体为：于60℃～100℃下蒸发6小时～12小时。

在其中一个实施例中，所述还原剂选自硼氢化钠、抗坏血酸及水合肼中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述含有还原剂的溶液中，溶剂选自甲醇、乙醇、四氢呋喃及二甲基甲酰胺中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述含有还原剂的溶液的浓度为0.01mol/L～5mol/L。

在其中一个实施例中，所述将所述银掺杂氧化石墨烯复合纸放入含有还原剂的溶液中进行还原处理的步骤具体为：将所述含有还原剂的溶液加热至30℃～150℃，将所述银掺杂氧化石墨烯复合纸放入温度为30℃～150℃的含有还原剂的溶液中反应0.5小时～10小时。

一种上述银掺杂石墨烯复合纸的制备方法制备的银掺杂石墨烯复合纸。