[发明专利]具有仿生结构的石墨烯-纤维素纳米晶复合导热薄膜及其制备

说明书

本发明涉及一种具有仿生结构的石墨烯‑纤维素纳米晶导热薄膜及其制备，复合薄膜具有仿贝壳状的“砖块‑泥浆”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CNC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，本发明利用自组装的方法将CNC嵌入石墨烯层间，构筑了石墨烯层状仿贝壳结构，从而提升石墨烯薄膜的导热导电性能。

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结构的石墨烯-纤维素纳米晶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。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。相比现今常用的金属等散热材料，碳材料具有导热系数高(例如石墨2000W/mK，金刚石2300W/mK，碳纳米管3500W/mK)，密度轻、热膨胀系数低等诸多优点，可替代传统散热材料，满足电子器件集功能化、微型化和轻薄化与一体的要求。

在诸多碳材料中，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。

目前已有多项专利报道了石墨烯膜在导热领域的应用，如中国专利CN104229783B，CN105523547B，CN105731435B等。但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、导电和力学性能实现进一步提升。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有仿生结构的石墨烯-纤维素纳米晶复合导热导电薄膜及其制备方法。

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具有仿生结构的石墨烯-纤维素纳米晶导热薄膜，该薄膜通过石墨烯片层和CNC构筑了类似贝壳的“砖块-泥浆”结构。石墨烯片层充当结构中的基体“砖块”，CNC均匀分散在堆叠的石墨烯片层之间，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具有仿生结构的石墨烯-纤维素纳米晶导热薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)：将GO溶液和CNC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-纤维素纳米晶复合导热薄膜。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中：以膨胀石墨为原料，利用改良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：利用酸水解的方法从植物原料中提取CNC溶液。更优选的，酸水解方法中所用的酸为硫酸，其步骤具体为：

取植物原料加入质量比1:1的浓硫酸和去离子水的混合溶液中，在65℃下水解1.5h，再加去离子水稀释，静置，离心，透析，超声，即得到CNC溶液。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中：所述的植物原料为棉或麻。

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

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中：蒸发制膜的工艺条件为：在60℃温度下，恒温远红外烘箱中蒸发12h以上。