[发明专利]一种高导热高导电石墨烯基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热高导电石墨烯基复合材料及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)向氧化石墨烯分散液中加入还原剂，搅拌均匀，然后将商用海绵浸入其中，密封并升温反应，干燥，得到石墨烯基海绵；(2)将聚合物材料灌注到所述石墨烯海绵中，固化，即得石墨烯基复合材料。本发明大幅减少了石墨烯的用量，降低了生产成本，制备得到的复合材料导热导电性能得到了巨大提升。且制备方法简单易行、成本低、易于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，特别涉及一种高导热高导电石墨烯基复合材料及其制备方法。

背景技术

对于电子器件和光电器件而言，材料优异的导热和散热性能对于它们的长寿命高性能至关重要(S.Int.J.Heat Mass Transfer 2006，49，1658-1666)。聚合物材料在这些器件中受到了广泛使用，但都存在导热散热差的问题，因此，最近科研人员广泛关注如何提高这些聚合物的导热散热性能。石墨烯由于具有超高的热导率、大比表面积和优异的力学性能获得了广泛关注，在改善聚合物导热性能上具有巨大的潜力。传统的石墨烯基复合材料的制备方法，主要是将石墨烯粉末分散在聚合物中(Chem.Phys.Lett.2012，531， 6-10；Compos.Sci.Technol.2012，70，2176-2182；Therm.Anal.Calorim.2006，85， 235-238；Carbon 2008，46，806-817)，随着石墨烯量的增加，石墨烯片会相互搭接形成导热导电通路，从而提高整个复合材料的导热导热性能。但该方法需要的石墨烯量较多 (＞0.5wt％)，而这不仅会增加复合材料的成本，而且还会导致复合材料力学性能的下降，同时获得的复合材料热导率最高不超过5.5W/mK(Nano Lett.2012，12，861-867)。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种高导热高导电石墨烯基复合材料。

本发明的另一个目的是提供所述高导热高导电石墨烯基复合材料的制备方法。

技术方案：本发明所述高导热高导电石墨烯基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)向氧化石墨烯分散液中加入还原剂，搅拌均匀，然后将商用海绵浸入其中，密封并升温反应，干燥，得到石墨烯基海绵；

(2)将聚合物材料灌注到所述石墨烯海绵中，固化，即得石墨烯基复合材料。

步骤(1)中，所述氧化石墨烯分散液由氧化石墨烯与水组成。可以通过在水中超声剥离氧化石墨即可。所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的浓度为0.3-3mg/ml，优选 1-3mg/ml。

步骤(1)中，所述还原剂为水合肼或维生素C，

当所述还原剂为水合肼时，水合肼与氧化石墨烯的质量比为(1～3)∶7，反应温度为70～95℃，优选90～95℃，反应时间为0.5～5h，优选0.5～2h；

当所述还原剂为维生素C时，维生素C与氧化石墨烯的质量比为(1～5)∶1，优选 1∶1。反应温度为60～90℃，反应时间为3～8h。

步骤(1)中，所述商用海绵为密胺海绵、聚氨酯海绵或聚乙烯醇海绵。

步骤(2)中，所述聚合物材料为环氧树脂、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚碳酸酯、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚乙二烯橡胶或聚二甲基硅氧烷。所述聚合物材料的用量只要把石墨烯基海绵灌注完全即可。

步骤(2)中，在灌注时所述聚合物材料呈现流动态。

本发明所述的方法制备得到的高导热高导电石墨烯基复合材料。

所述石墨烯基复合材料中石墨烯的含量为0.02～0.09wt％，优选为0.04～0.09wt％。