[发明专利]一种具有叠层混杂结构的高导热碳纤维复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有叠层混杂结构的高导热碳纤维复合材料，其特征在于，高导热碳纤维复合材料为碳纤维布层、片状填料导热网络、片夹球叠层结构组合并铺层后，由聚合物基体材料充分浸润成型获得具有叠层混杂结构；水平方向上构建平行于碳纤维布层的片状填料导热网络，垂直方向上在碳纤维布层表面构建微纳尺度的片夹球叠层结构；

片夹球叠层结构的含义是：由片状纳米填料与球状纳米填料形成片夹球形的结构，其中片状纳米填料的片径尺寸应大于球形纳米填料的直径，由于球形纳米颗粒的引入将两片片状纳米填料之间撑开，从而使得片状纳米填料片片之间通过球形纳米颗粒实现连接；

所述的具有叠层混杂结构的高导热碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将碳纤维布层进行等离子体处理，向将经过等离子体处理后的碳纤维布层表面交替或共混喷涂：含铜溶液，以及石墨烯溶液和/或氧化石墨烯溶液；

交替喷涂时，若碳纤维布层表面第一层喷涂含铜溶液，则下一层喷涂石墨烯和/或氧化石墨烯溶液，之后含铜溶液与石墨烯和/或氧化石墨烯溶液交替喷涂，最后一层为含铜溶液，其中含铜溶液中的含铜材料为片状粉体，石墨烯溶液中的石墨烯为石墨烯球，氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯为氧化石墨烯球，且石墨烯球或氧化石墨烯球的粒径小于片状粉体的片径；若碳纤维布层表面第一层喷涂石墨烯和/或氧化石墨烯溶液，下一层则喷涂含铜溶液，之后石墨烯和/或氧化石墨烯溶液与含铜溶液交替喷涂，最后一层为石墨烯和/或氧化石墨烯溶液，其中石墨烯溶液中的石墨烯为石墨烯片，氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯为氧化石墨烯片，含铜溶液中的含铜材料为球形粉体，且球形粉体的粒径小于石墨烯片或氧化石墨烯片的片径；

共混喷涂时，含铜溶液以及石墨烯和/或氧化石墨烯溶液共混喷涂，若含铜溶液中的含铜材料为片状粉体，则石墨烯溶液中的石墨烯为石墨烯球，氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯为氧化石墨烯球，且石墨烯球或氧化石墨烯球的粒径小于片状粉体的片径；若石墨烯溶液中的石墨烯为石墨烯片，氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯为氧化石墨烯片，则含铜溶液中的含铜材料为球形粉体，且球形粉体的粒径小于石墨烯片或氧化石墨烯片的片径；

2）将喷涂后的碳纤维布层进行干燥处理，对碳纤维布层进行铺层，将聚合物基体材料注入碳纤维布层中，通过成型制备具有叠层混杂结构的高导热碳纤维复合材料；

含铜溶液中的含铜材料为纯铜或氧化铜的一种或两种组合，含铜材料的比表面积为5~35 m²/g，松装密度为0.5~5 g/cm³；含铜材料为片状粉体时，片状粉体的片径为1~50μm，片状粉体的厚度为1~20nm；含铜材料为球形粉体时，球形粉体的粒径为0.5~30μm；

石墨烯由催化插层膨胀剥离法、石墨氧化还原法、化学气相沉积法、外延生长法或机械剥离法制备获得，层数为1~10层；氧化石墨烯由Hummer法或改进的Hummer法制备获得，层数为1~10层；石墨烯球或氧化石墨烯球由化学气相沉积法或雾化干燥法获得，石墨烯球或氧化石墨烯球的粒径为0.5~30μm，石墨烯片或氧化石墨烯片的片径为1~50μm，石墨烯片或氧化石墨烯片的厚度为0.5~20nm；

含铜溶液浓度为5~50 mg/ml，石墨烯和/或氧化石墨烯溶液浓度为1~10mg/ml，使用含铜溶液与石墨烯和/或氧化石墨烯溶液的混合溶液时，石墨烯和/或氧化石墨烯与含铜材料的质量比为1:（1~50），混合溶液的浓度为1~50 mg/ml；溶液中的溶剂为去离子水、乙醇、丙酮中的一种，或者乙醇或丙酮的稀释液。

2.按照权利要求1所述的具有叠层混杂结构的高导热碳纤维复合材料，其特征在于，碳纤维布层为碳纤维织物或者碳纤维预浸料，碳纤维织物为正交布、单向布、斜纹布的一种或两种以上组合，碳纤维织物或碳纤维预浸料厚度为0.2~1mm，碳纤维直径为1~10μm，碳纤维丝束的单丝数量为1K~48K，密度为1.5g/cm³~2.0 g/cm³。

3.按照权利要求1所述的具有叠层混杂结构的高导热碳纤维复合材料，其特征在于，碳纤维布层的铺层层数为1~50层。