[发明专利]一种兼备高导热性和柔韧性的聚合物泡沫/石墨烯复合材料制备方法

说明书

本发明涉及一种兼备高导热性和柔韧性的聚合物泡沫/石墨烯复合材料制备方法；将开孔聚合物泡沫浸泡在氧化石墨烯水分散液中，反复挤压聚合物泡沫使氧化石墨烯水分散液均匀吸附在聚合物泡沫的孔隙中；将上述吸附有氧化石墨烯水分散液的聚合物泡沫置于高压反应釜，在90～120℃下反应1～24小时，降至室温后取出并干燥获得聚合物泡沫/石墨烯复合材料。氧化石墨烯经水热还原后变成石墨烯并包裹在聚合物泡沫的孔壁上，形成三维连续网络结构；复合材料中聚合物泡沫骨架保障了复合材料的柔韧性，复合材料中三维连续网络结构的石墨烯有利于热流的快速传导；得到的聚合物泡沫/石墨烯复合材料在50％的压缩应变下反复压缩1000次，回复率大于等于90％，导热系数大于等于30W/(m·K)。

技术领域

本发明涉及一种兼备高导热性和柔韧性的聚合物泡沫/石墨烯复合材料制备方法，具体地说是一种柔性聚合物泡沫和氧化石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，高效的导热和散热成为热管理领域的关键问题。例如随着大型计算机、笔记本电脑以及许多其他电器装置性能的提升和电子元件集成度的提高，其单位面积电子器件不断提高的发热量使系统产生的热量骤增，如果没有充分的热管理保障，极易导致相关器件提前老化或是损坏。微电子芯片表面温度必须维持在较低的温度下(如硅器件﹤100℃)才能确保其高性能工作，许多电子部件需要在40～60℃的温度下才能正常工作，这对导热材料提出了越来越高的要求。传统的金属导热材料(如铝、铜等)由于存在密度较大、比热导率(热导率与材料体积密度之比)较低、热膨胀系数较高、易氧化等局限性，已很难满足目前日益增长的散热需求。碳材料具有较低的密度、低热膨胀系数、优异的机械性能和较高的热导率，是近年来最具发展前景的一类导热材料，因而在能源、通讯、电子等领域具有广阔的应用前景。

石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆砌而成的二维蜂窝状晶格结构的碳质材料。尽管石墨烯只有一个碳原子厚度，是已知材料中最薄的一种，然而，其具有极高的导热系数(～5000W/mK)和柔性(Alexander A.Balandin,Thermal properties of graphene andnanostructured carbon materials,Nature Materials,10,569-581(2011))。这些优越的特性和二维结构使得石墨烯在热界面材料领域有广泛的应用前景。中华人民共和国国家知识产权局公开号为CN104445173 A的发明专利报道了利用氧化石墨烯和碳纳米管水热还原制备高导热热界面材料的技术。然而，这种通过冷冻干燥自支撑的石墨烯泡沫往往具有较低的弹性模量和力学强度，不利于大规模加工。

将石墨烯与聚合物进行复合获得高导热的复合材料已经获得广泛研究。虽然单片石墨烯具有极高的导热系数，然而石墨烯和聚合物进行混合后，石墨烯分散在聚合物基体中，石墨烯之间无法连通，不能形成导热通路，极大地降低了复合材料的导热系数，导热系数一般低于10W/(m·K)，并且需要大于20％的石墨烯填充量(Hyunwoo Kim,AhmedA.Abdala,Christopher W.Macosko,Graphene/polymer nanocomposites,Macromolecules,16,6515-6530(2010))。

因此，充分利用聚合物的柔韧性和石墨烯的高导热性，开发一种兼备高导热性和柔韧性的聚合物泡沫/石墨烯复合材料显得尤为重要。

发明内容

本发明针对现有聚合物和石墨烯复合材料导热率过低的缺陷，提供一种兼备高导热性和柔韧性的聚合物泡沫/石墨烯复合材料的制备方法。

本发明采用以下技术方案：

一种兼备高导热性和柔韧性的聚合物泡沫/石墨烯复合材料；石墨烯包裹在聚合物泡沫的孔壁上，形成三维连续网络结构。

本发明的一种兼备高导热性和柔韧性的聚合物泡沫/石墨烯复合材料制备方法，步骤如下：