[发明专利]一种石墨烯/聚酰亚胺微晶球复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯/聚酰亚胺微晶球复合材料及制备方法和应用，制备方法为：(1)将高纯度石墨烯与热膨胀微球发泡剂加入可溶性聚酰亚胺溶液中，高速搅拌，制得低粘度的混合溶液；(2)将混合溶液倒在金属板材上并蒸发溶剂后进行非接触式加热制得石墨烯/聚酰亚胺微晶球复合材料；所述高纯度石墨烯由石墨粉经2850℃高温煅烧、插层和机械剥离后制得，其片层小于10层，碳含量大于99.9wt％；采用上述方法制得的石墨烯/聚酰亚胺微晶球复合材料为石墨烯/聚酰亚胺微晶球薄膜，太阳光吸收效率为90～95％。本发明的方法制得的石墨烯/聚酰亚胺微晶球复合材料具有对太阳光的高吸收率和对热的高传导率，在太阳能热水器及光伏发电上的有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于石墨烯复合材料技术领域，涉及一种石墨烯/聚酰亚胺微晶球复合材料及制备方法和应用。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道链接成六角环呈蜂窝式层状的平面薄膜，在室温下的载流子迁移率约为15000cm/(V·s)，单层石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，是目前为止导热系数最高的碳材料，具有良好的导电和导热性能。此外，石墨烯具有理论值高达2630m²/g的比表面积，吸附容量大，吸附速率高，光热转化能力优良，可以有效吸收近红外光，将吸收的光能迅速转化为热能。因为高纯度的石墨烯几乎完全透明，透光率高达97.7％，因此通常需要将石墨烯与其他材料进行结合，组成复合材料，增加其吸光能力，达到一个良好的光热转化效果。

在太阳能的热利用中，关键是将太阳能转换为热能。由于太阳能比较分散，设法提高太阳能吸收率是利用太阳能的重点研究方向，太阳能选择性吸收涂层是太阳能光热转化中最为关键的部分，其质量和光学性质决定光热转化的效率。为了充分利用太阳能，吸热涂层的设计应最大限度地吸收太阳辐射，并且减小材料导热过程中的热辐射损失。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种石墨烯/聚酰亚胺微晶球复合材料及制备方法和应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种石墨烯/聚酰亚胺微晶球复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将高纯度石墨烯与热膨胀微球发泡剂加入可溶性聚酰亚胺溶液中，高速搅拌，制得低粘度的混合溶液；将高纯度石墨烯分散到可溶性聚酰亚胺溶液中，可避免石墨烯团聚的问题；高速搅拌可以使混合溶液中各组分更快、更好地相溶；

(2)将混合溶液倒在金属板材上并蒸发溶剂后进行非接触式加热(接触式加热易破坏整体结构，因而本发明采用非接触式加热)使热膨胀微球发泡剂发泡，制得石墨烯/聚酰亚胺微晶球复合材料；

所述高纯度石墨烯由石墨粉经2850℃高温煅烧、插层和机械剥离后制得，其片层小于10层(优选为1～5层)，碳含量大于99.9wt％；

所述热膨胀微球发泡剂由外壳和芯材两部分组成，外壳和芯材的质量比为20～30:1；外壳为甲基丙烯酸甲酯、偏二氯乙烯和丙烯腈的共聚物，且共聚物中甲基丙烯酸甲酯的质量占比为5～25％，偏二氯乙烯的质量占比为20～75％，丙烯腈的质量占比为20～70％；芯材为异戊烷、正戊烷、正己烷、异己烷、异辛烷或正辛烷等液态的低沸点化合物；

高速搅拌的转速为600～1000r/min，搅拌时间为30～90min；

混合溶液的粘度为1.3～10Pa·s；

非接触式加热的温度为70～200℃，此温度范围内溶剂已完全蒸发，热膨胀微球发泡剂发泡但未达到破裂温度。

当加热热膨胀微球时，内部芯材汽化或分解并产生压力，同时高分子外壳受热软化，体积增大到原来的10倍甚至100倍，石墨烯包覆在热膨胀微球表面，排列在聚酰亚胺薄膜上，整体附着于金属板材上，制得石墨烯/聚酰亚胺微晶球复合材料。

作为优选的技术方案：