[发明专利]一种含石墨烯的导热导电复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含石墨烯的导热导电复合材料及其制备方法和应用，属于新材料及其应用技术领域。将银粉末等和石墨烯混合的导热导电填料与乙烯基硅油等有机高分子弹性材料均匀混合，通过银粉末等大粒径填料与高导热导电的石墨烯协同作用，在有机高分子基体中构建更多更畅通的导热导电网络，从而获得具有优异导热导电性能、良好弹性和柔性的有机高分子复合材料。所述复合材料制备工艺简单，导热率可达12W/mK，导电率可达500S/m，电磁屏蔽性能可达45dB，具有良好的弹性和可压缩性能，能很好的填充热界面间隙。此复合材料可作为一种高性能的导热界面材料或导热导电高分子材料或电磁屏蔽材料使用。

技术领域

本发明涉及新材料及其应用技术领域，具体涉及一种含石墨烯的导热导电复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的发展，高分子复合材料在各个领域获得了越来越广泛的应用，如导热界面材料、导电橡胶材料及电磁屏蔽材料等。这是因为与金属材料相比，高分子复合材料自身轻质、柔性、可压缩、耐腐蚀等优势。一般来说，高分子复合材料是通过在高分子基材中添加所需性能(如导热、导电、电磁屏蔽)的填料制备而成的。导热导电高分子理论认为(图1)，要达到较高的导热、导电性能，填料的添加体积分数要达到60％以上，从而保证填料间互相接触构成连通的导热、导电网络。大量导热填料的加入不仅增加了成本和重量，而且会使材料的弹性下降、硬度增加，但导热性能却很难得到明显提升。

石墨烯自从被发现以来由于其具有诸多优异性能(如优异的导电性能、力学性能等)而受到广泛关注，其超高的热导率(～5000W/mK)使得石墨烯在热管理领域具有巨大的应用前景。但目前可大规模量产的石墨烯原料都是粉体状态，石墨烯的片径一般在20μm以下，片径过于细小，作为导热导电填料单独使用也难以实现大量添加。因此单独使用石墨烯作为填料并不利于导热导电网络的构建，考虑到目前高质量石墨烯粉体的生产成本依然较高，单独利用石墨烯制备高性能导热导电复合材料并不理想。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种含石墨烯的导热导电有机高分子复合材料及其制备方法和应用。所制备的复合材料中填料具有均匀分布和紧密堆积的排布特征。通过铝粉等大粒径导热导电填料与高导热导电的石墨烯协同作用，在有机高分子基体中构建更多更畅通的导热导电网络，材料的导热导电性能较添加单一填料的情况有显著提升。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种含石墨烯的导热导电复合材料，该导热导电复合材料是由导热导电填料均匀分布于有机高分子材料基体中形成，其中：所述导热导电填料为石墨烯和大粒径导热导电材料，所述有机高分子材料基体为有机高分子弹性材料，所述填料在复合材料中所占的重量百分比为50-90％。

所述石墨烯和大粒径导热导电材料在有机高分子材料基体中紧密堆积，构建多个紧密搭接的导热导电网络，从而形成所述导热导电复合材料。所述导热导电填料中，石墨烯与大粒径导热导电材料的重量比例为1：(10～50)。

所述大粒径导热导电材料为三维球形结构，具体为铝粉、铜粉、银粉末、鳞片石墨和球形石墨中的一种或几种。

所述有机高分子材料为乙烯基硅油、甲基乙烯基硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯等具有良好弹性和柔韧性的有机高分子弹性材料。

所述导热导电填料中，具有二维片层结构的石墨烯的片径范围为0.1～20μm；具有三维球形结构的大粒径导热导电材料的粒径范围为20～180μm。

本发明复合材料的导热率能够达到12W/mK，导电率能达到500S/m，电磁屏蔽性能能达到45dB，且具有良好的柔性和可压缩性。

上述含石墨烯的导热导电复合材料按照如下步骤进行制备：