[发明专利]石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑碳纳米管薄膜复合薄膜及其制备方法与应用。所述石墨烯‑碳纳米管薄膜复合薄膜包括沿厚度方向依次层叠设置的石墨烯薄膜层和碳纳米管薄膜层，所述石墨烯薄膜层由多层石墨烯组成。所述制备方法包括：通过对碳纳米管薄膜的表面修饰复合一层氧化石墨烯层，得到氧化石墨烯‑碳纳米管薄膜复合薄膜，在保护性气氛中对其依次进行炭化处理及石墨化处理，制得主要由碳纳米管与石墨烯组成的轻质柔性高导热高导电石墨烯‑碳纳米管薄膜复合薄膜。本发明的复合薄膜具有优异的导热性能和机械性能，面内热导率在150W/m K以上，密度在0.5g/cm³以下，力学性能提高为碳纳米管薄膜的3‑5倍，同时又具有很好的电导率。

技术领域

本发明涉及石墨烯/碳纳米管薄膜复合材料领域，尤其涉及一种轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

随着高集成，高功率电子器件的飞速发展，电子设备尺寸日益小型化，元器件功率密度的不断提高，这些电子产品在运行的过程中不可避免的会产生大量的热量，如果这些热量得不到及时的散失会极大的影响这些电子产品的寿命，影响人们的日常使用。因此，人们对快速发展高导热先进材料的需求不断地增加，对散热材料提出了更高的要求。传统金属材料虽然柔韧性良好，但是密度大、导热率低，在使用的过程中不能及时有效的将热量进行散失，同时不具备轻质的优势，在使用的过程中会大大的加重电子产品的质量，影响人们的使用，已经不能满足人们对于轻质高导热材料的需求。石墨烯，一种新型的二维材料，具有优异的电化学性能，力学性能和热学性能，单层石墨烯在室温下的热导率高达5300W m^-1k^-1，碳纳米管作为一种特殊的一维材料，同样具有极高的热导率。实验表明，单根单壁碳纳米管在室温下的热导率高达6000W/(m·K)，而单根多壁碳纳米管在室温下的热导率也高达3000W/(m·K)。同时，碳纳米管和石墨烯作为新型的一维和二维材料具有轻质低密度的有点，在轻质材料的应用方面具有很大的优势。因此，通过碳纳米管和石墨烯等纳米碳材料的复合制备轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜，在推进纳米碳材料在轻质柔性高导热高导电材料方面的应用具有很好的前景。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供所述石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜，所述复合薄膜包括沿厚度方向依次层叠设置的石墨烯薄膜层和碳纳米管薄膜层，其中，所述石墨烯薄膜层由多层石墨烯组成，所述石墨烯薄膜层的厚度为1～5μm，所述碳纳米管薄膜层的厚度为8～12μm。

进一步地，所述石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的面内热导率在150W/m K以上，密度在0.5g/cm³以下，电导率为10⁴～10⁶S/m，力学性能为原始碳纳米管薄膜的3～5倍，优选为20～80Mpa，断裂伸长率为1～5％。

本发明实施例还提供了一种石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜的制备方法，其包括如下步骤：

提供碳纳米管薄膜和氧化石墨烯分散液；

使所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯形成于碳纳米管薄膜上，得到氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜；

在保护性气氛中对所述氧化石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜依次进行炭化处理及石墨化处理，制得主要由碳纳米管与石墨烯组成的轻质柔性高导热高导电石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。

本发明实施例还提供了由前述方法制备的石墨烯-碳纳米管薄膜复合薄膜。