[发明专利]一种石墨烯基导热复合填料及其制备方法和应用

说明书

本发明采用固相微波还原法制备出高品质石墨烯，将其与乙酸银粉末进行干法共混，通过固相微波还原法快速制备得到高纯度的纳米银负载石墨烯基导热复合填料。由本发明制备方法得到的石墨烯表面负载的纳米银分布均匀、结晶性好，且本发明制备方法工艺高效，安全环保且产物纯净。该纳米银负载的石墨烯基导热复合填料可用于导热材料领域，可有效提高电子器件表面的散热效率，具有良好的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，更具体的说是涉及一种石墨烯基导热复合填料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯是一种由sp²杂化碳原子相互连接构成蜂巢状晶格结构的二维碳材料，石墨烯的热导率为5300W/(m·K)，它的高导热性能源于其完美的晶格结构，主要通过声子进行传输。研究已表明石墨烯可有效提高聚合物基体的热导率，在导热材料领域具有广阔的应用前景。石墨烯具有高热导率，而且石墨烯的比表面积非常高，充分填充于材料当中，可增大材料的散热表面积。但由于石墨烯表面没有官能团，化学稳定性较高，在材料聚合物基体中相容性差，易出现堆叠、团聚问题，因此难以发挥自身比表面积高、导热性能强的优势。纳米银亦具有较高的热导率，可达397W/(m·K)，可将其作为负载物修饰在石墨烯表面，对石墨烯进行功能化改性，具有如下优势：作为间隔物，可有效增加石墨烯片层间的层间距，阻碍石墨烯片层间回叠，增加其在材料聚合物基体中的分散性；在石墨烯片层间负载，起到桥接作用，可形成良好的垂直导热通路结构，提高复合材料的热导率。

现有专利技术提到采用石墨烯作为导热填料以提高复合材料的导热性能，但未解决石墨烯在复合材料体系中的分散问题。还有相关专利技术提到采用液相化学还原法制备金属表面改性石墨烯，纳米金属在石墨烯表面分散均匀，但液相还原所得产物仍需后处理，工艺时间长且采用的水合肼还原剂毒性大，对人体有害。

因此，提供一种分散性好、成分纯净、工艺高效、安全环保的石墨烯基导热复合填料及其制备方法和应用是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯基导热复合填料及其制备方法和应用，分散性好，成分纯净，工艺高效，安全环保，具有良好的工业化应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯基导热复合填料，所述复合填料由高品质石墨烯和单质银组成，无其他杂质；所述复合填料中碳、氧、银元素的质量比为68～92∶1～5∶5～30；所述复合填料中单质银为银纳米颗粒，颗粒尺寸为50～180nm，均匀附着在高品质石墨烯表面以及石墨烯片层之间。

进一步，一种石墨烯基导热复合填料的制备方法，具体步骤如下：

(1)在氧化石墨中掺入石墨烯，混合，得混合物；所述石墨烯为微波感受材料；所述氧化石墨与所述石墨烯的质量比为1∶0.1～0.2；

(2)将步骤(1)得到的混合物置于微波反应器中，通入含有氩气与氢气的混合气体，控制微波反应功率与时间，得到高品质石墨烯；所述氩气与所述氢气的体积比为9∶1；

(3)将步骤(2)得到的高品质石墨烯与乙酸银粉末混合，得混合物；所述高品质石墨烯与所述乙酸银粉末的质量比为1∶0.1～0.7；

(4)将步骤(3)得到的混合物置于微波反应器中，通入氩气，控制微波反应功率与时间，得到纳米银负载的石墨烯基导热复合填料。

进一步，步骤(1)所述氧化石墨的碳氧比为2～3，所述石墨烯的碳氧比为10～50。

进一步，步骤(1)采用V型混合机进行混合，混合时间为5～20min。

进一步，步骤(2)所述的微波反应功率为1000～1600W，微波反应时间为1～5min。

进一步，步骤(3)采用V型混合机进行混合，混合时间为5～20min。