[发明专利]高导热纳米碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热纳米碳复合材料及其制备方法。所述高导热纳米碳复合材料主要由多根碳纳米管的聚集体与附着在所述聚集体中的一根或多根碳纳米管表面的氧化石墨烯经两步热处理形成，其中第一步热处理是在还原性气氛中进行，热处理温度为200～500℃，第二步热处理是在保护性气氛中进行，热处理温度为1500～3000℃。与现有的碳纳米管/石墨烯复合材料相比，本发明提供的高导热纳米碳复合材料的热导率等性能有显著提升，同时还具有高柔韧性、高导电性和力学性能优良等特点，且其制备工艺简单可控，能耗低，易于规模化实施。

技术领域

本发明涉及一种纳米碳复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种高导热纳米碳复合材料，例如高导热柔性碳纳米管/石墨烯复合膜及其制备方法，属于材料科学领域。

背景技术

随着高功率微纳电子器件、半导体激光显示以及多核智能手机及移动设备的快速发展，设备电子元件在使用过程中产生的热量需要及时疏散以保证其能高效、可靠地工作，因此散热能力成为器件使用寿命的首要影响因素。目前，市场上广泛使用的金属材质(铜、铝)和石墨膜散热材料，前者导热系数低(铜：铝)，后者柔韧性差，不耐弯折，而纳米碳材料具有高导热、耐高温、高机械柔性、易调制界面热阻等特性，是新一代高散热的理想材料。

典型的纳米碳材料主要有碳纳米管和石墨烯，其分别具有独特的一维和二维层状晶格结构，而这些特殊的结构也赋予其高热导率和电子迁移率、化学稳定性好、质量密度低、力学性能强等优点。同时，碳纳米管长径比较大而具有较好柔性，石墨烯具有大片层结构。当前，已有研究人员尝试将该两者复合，以期获得兼具该两者优点的纳米碳材料。

例如，CN104029461A公开了一种石墨烯/碳纳米管/石墨膜复合材料的制备方法，其首先对高分子薄膜材料进行碳化和石墨化处理，再采用化学气相沉积法将石墨烯和碳纳米管混合颗粒沉积于石墨膜表面再经过复卷机对石墨烯/碳纳米管/石墨膜复合成型。

又例如，CN103626172A公开了一种高导热石墨纸的制备方法，其采用磁控溅射系统在0.2～1mm厚的石墨片上制备10～500nm的镍层并高温退火处理，然后使用化学气相沉积法在镀有镍层的石墨片表面上生长石墨烯和碳纳米管，再经过高压处理得到高导热的石墨纸。

但现有技术所获的石墨烯/碳纳米管复合材料中石墨烯与碳纳米管基本是简单物理组合，而未能形成较佳协同效果，故而也使得所述复合材料的导热性能等较之石墨烯或碳纳米管提升较少。另一方面，现有石墨烯/碳纳米管复合材料的制备工艺复杂，能耗高，可控性差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高导热纳米碳复合材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供了一种高导热纳米碳复合材料，其包含：

由多根碳纳米管聚集形成的聚集体，

石墨烯，结合于所述聚集体中的一根或多根碳纳米管表面；

其中在所述石墨烯与碳纳米管的结合处，碳纳米管上的部分碳原子与石墨烯上的部分碳原子连接形成sp3价键。

进一步的，所述高导热纳米碳复合材料的导热系数在600W/m以上，优选在1200W/m以上，尤其优选为1200W/m～2200W/m；和/或，所述高导热纳米碳复合材料的电导率在4×10⁴S/m以上，优选在3×10⁵S/m以上，尤其优选为3×10⁵S/m～1×10⁶S/m；和/或，所述高导热纳米碳复合材料的拉伸强度在300MPa以上，优选在2000MPa以上，尤其优选为2000～2600Mpa，杨氏模量在40GPa以上，优选为40～220GPa。