[发明专利]仿生叠层结构的石墨烯-碳量子点复合导热薄膜及其制备

说明书

本发明涉及一种仿生叠层结构的石墨烯‑碳量子点导热薄膜及其制备，该复合薄膜具有仿贝壳状的“砖块‑泥浆”叠层状结构，其制备方法包括以下步骤：(1)取一定比例的GO溶液和碳量子点溶液，混合，搅拌，涂膜，烘干；(2)将步骤(1)得到的薄膜在高温下退火还原，即可得到目的产物石墨烯复合导热薄膜。与现有技术相比，本发明启迪于贝壳结构，构筑了石墨烯层状叠层结构，从而提升石墨烯薄膜的导热性能。

技术领域

本发明涉及一种薄膜材料制备领域，尤其是涉及一种具有仿生叠层结构的石墨烯-碳量子点复合导热薄膜及其制备方法。

背景技术

现代航空航天和电子计算机等产业的飞速发展，对集成芯片的性能提出了越来越严苛的要求。据统计，近年来电子芯片的密度呈指数型增长，芯片的散热性能已成为制约电子器件工作效率的重要因素。因此，高导热材料已成为目前电子工业研究的热点。

现今常用的散热材料多为金属和其他碳材料等，载流子迁移率低、强度低和比表面积小，散热性能差。石墨烯因其特殊的结构和出色的性能受到广泛关注。石墨烯是一种sp²杂化碳原子形成的单层二维平面碳材料，具有超高载流子迁移率、高强度、高比表面积等诸多优良性能。实验测得的单层石墨烯导热系数可达5300W/mK，远高于其他常用导热材料。以石墨烯为原料制备导热薄膜，有望大幅度提升电子器件的散热性能。

但是，目前报道的纯石墨烯薄膜仍存在面间导热低、力学性能差等诸多缺点。因此，有必要引入新的碳纳米增强相对石墨烯薄膜导热性能和力学性能实现进一步提升。

中国专利CN104130576A公布了一种石墨烯导热薄膜。所述薄膜是在导热薄膜中加入石墨烯。这种方法可以提高导热薄膜的力学性能和导热性，但存在导热薄膜的面内方向和面间方向的导热性能差等缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种仿生叠层结构的石墨烯-碳量子点复合导热薄膜及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的之一在于提出一种仿生叠层结构的石墨烯-碳量子点导热薄膜，该薄膜由石墨烯片层和碳量子点组成类似贝壳的“砖块-泥浆”叠层结构，石墨烯片层充当结构中的基体“砖块”，碳量子点均匀分散在石墨烯片层之间，充当结构中的连接剂“泥浆”。

本发明的目的之二在于提出一种仿生叠层结构的石墨烯-碳量子点导热薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)：将GO分散液和碳量子点溶液，混合，搅拌，蒸发制膜，烘干；

(2)：将步骤(1)得到的薄膜在高温下退火还原，即可得到目的产物石墨烯-碳量子点复合导热薄膜。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中：以膨胀石墨为原料，利用Hummers法制备GO水分散液(具体工艺见文献Advanced Materials,2013.25(26):3583-3587.)。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中：碳量子点溶液通过水热法化学合成，其步骤具体为：

取一定量的柠檬酸和乙二醇以1:1的质量比混合溶于水中，将溶液放入反应釜中，在150～200℃下水热5～12h。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中：GO水分散液与碳量子点溶液的混合比例满足溶质质量比为0.01～100:1。

作为上述技术方案的优选，步骤(2)中：高温退火的工艺为氮气条件下，600～3000℃退火0.5～2h。