[发明专利]一种大尺度石墨烯导热卷膜及其制备方法

说明书

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种大尺度石墨烯导热卷膜及其制备方法。本发明大尺度石墨烯导热卷膜的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯浆料和纳米纤维素溶液混合后，通过机械搅拌、真空脱泡后得到均匀的GO/CNF混合浆料；以多孔滤布作为衬底，将得到的GO/CNF混合浆料涂布于纤维织物的上下表面，干燥后收卷得到三层复合卷膜；将得到的三层复合卷膜经碳化、石墨化、辊压机压延过程，即得到大尺度的石墨烯卷膜。本发明在石墨烯导热膜中引入高孔隙的纤维织物和纳米纤维素，热分解后可以在石墨烯膜内部建立有效排气通道，有助于热处理过程中活性物质的排出，减少材料的发泡和界面分层，从而提高了大尺度的石墨烯导热卷膜的生产良率。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种大尺度石墨烯导热卷膜及其制备方法。

背景技术

随着现代工业、国防和科学技术的迅猛发展，导热和散热问题已经成为制约许多领域发展的关键。与传统的导热材料（如金属银、铜或高分子聚合物聚酰亚胺）相比，石墨烯具有独特的各向异性结构、低密度、低热膨胀系数和良好机械稳定性等优异特性。而单层无缺陷的石墨烯理论上面内导热系数可高达5300W/(m‧K)，因此它已经成为了目前最有前景的导热材料。由于石墨烯亲水性较差，较难分散，一般是以氧化石墨烯（GO）为前驱体浆料，通过抽滤、喷涂或刮涂的形式得到GO膜，经热还原或化学还原移除GO上的含氧活性官能团得到还原氧化石墨烯（rGO）膜，再通过碳化、石墨化、压延等过程最终得到高热导的石墨烯膜。然而，现有的制备石墨烯导热膜的方法也存在一定的不足：1）GO与水分子通过氢键相互作用，随着GO膜表面水分子逸出，会在表面形成一层致密的薄膜层。而在烘干和热还原的过程中，它不仅会影响内部水分的蒸发，还会阻碍活性物质和气体的移除，导致材料发泡和界面分层，从而影响大尺寸石墨烯膜的生产良率。2）目前石墨烯导热膜的产品大多是以片材进行生产，产量较低，并且由于氧化石墨烯在热还原的过程中，会有气体的快速挥发，导致材料发泡和界面分层，从而影响大尺寸石墨烯膜的生产良率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种大尺度石墨烯导热卷膜及其制备方法。本发明在石墨烯导热卷膜引入具有高孔隙的纤维织物和纳米纤维素（CNF），热分解后可以在石墨烯膜内部建立有效排气通道，有助于热处理过程中活性物质的排出，减少材料的发泡和界面分层，从而提高了大尺度的石墨烯导热卷膜的生产良率。此外，在GO前驱体中引入绿色的CNF，一方面借助CNF表面负电荷的静电斥力作用，提高GO片层的分散性；另一方面CNF也可以作为GO片层之间的连接桥梁，更好地促进石墨烯膜内部导热网络的构建，从而提高其内聚力和导热性能。

为了解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种大尺度石墨烯导热卷膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯GO浆料和纳米纤维素CNF溶液按照质量比1:1-9:1的比例混合后，通过机械搅拌对浆料进行均匀分散，并在真空脱泡机中进行真空脱泡，得到均匀的GO/CNF混合浆料；

（2）选取纤维织物作为基材，以多孔滤布作为衬底，利用涂布机将步骤（1）得到的GO/CNF混合浆料涂布于所述纤维织物的上下表面，在40-80 ℃下干燥后收卷得到三层复合卷膜；

（3）将步骤（2）得到的三层复合卷膜经碳化、石墨化、辊压机压延过程，即得到大尺度的石墨烯卷膜。

进一步地，步骤（1）中所述氧化石墨烯浆料的固含量为0.5 wt%-10 wt%，所述氧化石墨烯的片径为2-50 μm，厚度为1-1.5 nm。

进一步地，步骤（1）中所述纳米纤维素的固含量为0.5 wt%-2.5 wt%，纳米纤维素的直径为2-10 nm，长度＞1 μm。

进一步地，步骤（1）中所述GO/CNF混合浆料的粘度为20000-50000 mPa·s。