[发明专利]一种基于石墨化聚多巴胺包覆金属粒子的高导热复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种基于石墨化聚多巴胺包覆金属粒子的高导热复合材料的制备方法，利用石墨烯沿面内方向高导热性，金属各向同性的导热性能，以及聚多巴胺的粘附性，将包覆有一层厚度可控的聚多巴胺的金属粒子与碳基填料共混，利用聚多巴胺的粘附性来连接石墨烯片层，最后通过高温压缩处理，将聚多巴胺石墨化以及金属粒子熔融，进而制备出高导热的复合材料。本发明利用金属和石墨化聚多巴胺的高导热，在石墨烯层间搭建高效导热通道，有效提高了材料的厚度方向的高热性能，克服了其厚度方向导热差的缺点，制备出了高性能的导热材料。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种高导热性能的石墨烯/金属粒子复合材料的制备方法，具体地说是一种沿厚度方向和水平方向同时具有高导热性能的碳基复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子电器微型化、密集化程度的提高，相关元器件对于导热性能和电学性能的要求越来越髙。例如目前常见的平板电脑，电子电器在体积不断减小的同时功能也愈发多样化。随之而来的问题是，电子器件在高速运行过程中会产生大量的热量，长时间的使用会使电子产品的热量堆积对外表现为明显的发热现象，进而引起电子产品内部器件和外壳的加速老化，极大地影响到电子器件的使用可靠性甚至降低其使用寿命。因此，开发能够对热量进行有效疏导的高导热散射材料成为热管理的关键问题。

碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一，它具有多样的电子轨道特性，再加之sp²的异向性而导致晶体的各向异性和其排列的各向异性，因此以碳元素为唯一构成元素的碳材料具有各式各样的性质。碳材料具有高导热、低密度、低热膨胀、优异的力学性能及化学稳定性，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。其中石墨烯是一种蜂窝状六角结构的二维平面晶体，它的载流子迁移率极高(15000cm²/v·s)，为电子和空穴的快速迁移提供了通道，这将极大的改善现有的半导体材料和器件的性能；石墨烯具有所有材料中最高的热导率(5300W/(m·K))，这势必给电子器件的散热设计问题提供一个全新的思路。但是它的这种二维结构使得其只有在沿水平面内才具有高导热，而垂直于石墨烯层方向的导热系数都很低，一般不超过10W/(m·K)，严重限制了其在热管理中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对现有的石墨烯材料具有显著的的各向异性导热性，即只在沿石墨烯面内具有高导热系数(大于1000W/(m·K))而在垂直于其水平面的厚度方向，导热系数过低(小于10W/(m·K))的不足，提供一种沿水平方向和厚度方向同时具有高导热系数的石墨烯基复合材料制备方法，制备的复合材料沿平面的导热系数高达800W/(m·K)以上，沿厚度方向的导热达到80W/(m·K)以上。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种基于石墨化聚多巴胺包覆金属粒子的高导热复合材料的制备方法，将聚多巴胺包覆的金属纳米粒子和石墨烯均匀分散在溶剂中，通过抽滤或者沉降，以使聚多巴胺包覆的金属纳米粒子和石墨烯形成复合膜，再进行热处理，以使聚多巴胺包覆的金属纳米粒子在石墨烯片层之间发生热熔和碳化，实现在厚度方向上连接石墨烯片层结构。

在上述技术方案中，采用石墨烯为二维片状石墨烯，如功能化石墨烯片(带有羟基，羧基等官能团)。

在上述技术方案中，采用金属纳米粒子为商品化的金属纳米粒子，如金、银、铜，微观形貌为纳米球、纳米棒、纳米片，大小为40—80nm。

在上述技术方案中，使用水为溶剂。